CN102380342A

CN102380342A - 一种羟基铁包覆型除砷材料的制备技术

Info

Publication number: CN102380342A
Application number: CN2010102716662A
Authority: CN
Inventors: 栾兆坤; 李亦然; 彭先佳; 贾智萍
Original assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Current assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority date: 2010-09-02
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2012-03-21

Abstract

本发明涉及一种羟基铁包覆型除砷材料的制备技术。在机械搅拌，基质颗粒互相碰撞摩擦的生产条件下，通过喷雾投加粘合剂溶液，将羟基铁粉末均匀附着于基质颗粒表面。其后通过自然风干或低温烘干将粘结剂溶液中的溶剂组分挥干，实现羟基铁粉末稳定包覆于基质颗粒表面。该方法可制备羟基铁含量3-20％的羟基铁包覆砷吸附材料。该法制备的羟基铁包覆型砷吸附材料结构稳定，不易破碎，羟基铁不易脱落，出水澄清，且可于复杂水流环境中使用。

Description

一种羟基铁包覆型除砷材料的制备技术

技术领域

本发明属于环境保护领域，特别涉及一种羟基铁包覆型除砷材料的制备技术，可用以制备结构稳定、吸附性能优良的羟基铁包覆型除砷材料，用以去除水中砷。

背景技术

砷化物从被发现以来就以其毒性而闻名。水中砷污染可严重威胁接触人群的呼吸、消化、心血管、神经、泌尿、造血等多个系统，甚至威胁生命。

吸附法是简单易行的砷去除技术，适用面广、使用工艺多样，能处理复杂水环境的砷污染。吸附法是以具有高比表面积、不溶性的固体材料作吸附剂，通过物理吸附作用、化学吸附作用或离子交换作用等机制将水中的砷污染物固定在自身的表面上，进而实现水中砷污染的去除。吸附床或吸附塔中填装吸附剂是一种应用范围广、处理效率高、工艺简单的实用水处理工艺。吸附床或吸附塔工艺对装填吸附剂有两方面的技术要求，一方面为具有高效的污染吸附能力，另一方面为具有一定的粒度，以获得一定的床(塔)内水流通路，进而控制吸附床/塔前后的水头损失。

目前已有大量关于高效砷吸附剂的研究工作，其中，羟基铁(FeOOH，FeO(OH)·H₂O或Fe(OH)₃)作为一类高活性廉价砷吸附材料引起广泛关注。自然界中羟基铁常以无定形态、针铁矿(goethite)、纤铁矿(lepidocrocite)、大方纤铁矿(feroxyhyte)等形式存在。羟基铁的羟基基团较为活跃，易于被砷化物取代，进而形成稳定的砷酸铁化合物。通过上述作用，羟基铁吸附剂可高效富集水中的砷化物。

为了使羟基铁能够应用于实际水处理工业中，目前已有大量工作涉及粒状羟基铁除砷剂的研制和应用。粒状羟基铁除砷剂一方面能够高效吸附水中砷污染，另一方面可满足过滤工艺对水头损失的要求。然而，已有报道显示粒状羟基铁除砷剂经过长期使用后容易破碎，从而限制了粒状羟基铁在吸附去除砷污染领域中的应用。

羟基铁包覆型除砷材料是通过物理及化学手段将羟基铁活性成分包覆于硬质基质表面，一方面可使羟基铁活性组分充分接触来水，降低无效羟基铁组分的比例，进而降低成本；另一方面可强化除砷剂的物理稳定性，使之不易破碎，延长吸附剂的使用时间。目前已有研究利用沉积法制备羟基铁包覆型砷吸附剂的制备工艺，其工艺路线总体可分为以下几步：1)将基质浸泡于铁盐溶液中，2)通过调节溶液酸碱环境使铁盐生成羟基铁沉淀附着于基质表面，3)通过物理或化学手段稳定羟基铁的矿物形态，4)采用水洗法清除基质附着不稳的羟基铁组分，5)干燥后得成品羟基铁包覆型除砷材料。

本专利涉及一种新型羟基铁包覆型除砷材料的制备方法，与传统沉积法不同，本发明利用粘合剂组分将羟基铁粉末均匀包覆于基质表面。本专利制备的新型羟基铁包覆型除砷材料除了具备传统包覆型吸附剂的高吸附能力，不易破碎等优势，还具备以下技术优势：

1)本发明制备的羟基铁包覆型砷吸附剂可适用于较为复杂的水流环境。羟基铁组分与基质结合紧密，不易脱落。

2)经本发明制备的羟基铁包覆型砷吸附剂处理后，出水澄清透明，无铁盐用于水处理常见的出水发黄现象。

3)本发明涉及的羟基铁包覆型砷吸附剂的制备工艺可制备外形规则统一，粒径均一的包覆型砷吸附剂，进而较好地满足吸附设备对填料的尺寸要求。

4)本发明羟基铁包覆型砷吸附剂的制备工艺简单，所需设备投资小，生产过程中羟基铁的利用率高，生产工艺中无需大量清洗水。

因此，本发明涉及的羟基铁包覆型除砷材料可以更好的适应实际生产和水中砷污染去除。

发明内容

本发明的目的在于提供一种性能稳定、生产简便的羟基铁包覆型砷吸附剂的制备方法。

本发明的主要技术内容在于：向待包覆基质中逐渐加入羟基铁粉末和粘合剂组分，在加药过程中通过机械力使羟基铁/粘合剂混合物充分混合，并均匀覆盖于基质表面。待粘合剂溶剂挥发后即得成品羟基铁包覆型砷吸附剂。

本发明采用的羟基铁粉末可以通过铁盐碱性条件沉淀、粉碎、洗涤、烘干自行制备，也可购买商品氢氧化铁。羟基铁粉末的粒径为100-200目，粒径愈小羟基铁粉末与待包覆基质的结合愈均匀，所得成品结构更稳定。

本发明涉及的羟基铁粉末的加入方式为，可通过粉末泵、传输带等机械方式逐步加入，也可通过人工分批次加入。羟基铁粉末的加入量为，可加入待包覆基质质量5-30％的羟基铁粉末。羟基铁过少影响产品的砷吸附能力，羟基铁过多影响产品的物理稳定性。

本专利采用的粘合剂组分可以为多种耐水胶，溶于乙醇、丙酮等有机溶剂后通过雾化喷洒方式投加。粘合剂组分的投加量为，可加入羟基铁粉末投加质量的5-20％。粘合剂组分过少影响产品的稳定性，粘合剂组分过多可导致产品结块且影响砷去除能力。

本专利涉及的待包覆基质可以为石英砂、瓷砂滤料、碎石等多种廉价硬质材料，并可根据水处理要求选用不同形状、不同大小的基质材料。

本专利所述的机械力混合可通过球形造粒机、搅拌机等机械设备实现。通过基质之间的互相碰撞与摩擦实现羟基铁粉末在基质表面的均匀分布。

本专利所述的羟基铁包覆型砷吸附剂成品形成工艺，可以将已包覆羟基铁的基质自机械搅拌设备中移出，平铺后将有机溶剂自然风干或加热150℃以下快速干燥。

附图说明

附图1是本发明羟基铁包覆型除砷吸附剂的生产工艺流程示意图。

图中：在混合设备运转条件下，第1步一次性向混合设备中加入待包覆基质，第2步加入少量羟基铁粉末，同时喷洒投加粘合剂溶液，反复投加羟基铁粉末和粘合剂溶液直至试剂投加完毕。第3步混合设备出料经过自然风干或低温干燥后即得成品羟基铁包覆型除砷吸附剂。

具体实施方式

下面结合本发明羟基铁包覆型砷吸附剂的制备方法及工艺实例，说明本发明的具体实施方式。

实例1

开启圆盘造粒机，将30kg石英砂加入圆盘造粒机后，加入500g羟基铁粉末，其后向圆盘造粒机中喷雾投加含量为30％的粘合剂乙醇溶液300g。待圆盘造粒机运转1-2分钟后再次投加500g羟基铁粉末和喷雾投加300g粘合剂溶液，如此循环加药六次后，圆盘造粒机出料平铺风干24小时后即得含羟基铁10％的羟基铁包覆型砷吸附剂。

实例2

开启原料搅拌机，将30kg球状瓷砂滤料加入原料搅拌机后，加入400g羟基铁粉末。其后向原料搅拌机中喷雾投加含量为20％的粘合剂丙酮溶液300g。待原料搅拌机运转3-4分钟后再次投加400g羟基铁粉末和喷雾投加300g粘合剂溶液，如此循环加药六次后，原料搅拌机出料置于100℃低温干燥机中烘干3小时，即得含羟基铁8％的羟基铁包覆型砷吸附剂。

Claims

1.一种羟基铁包覆型除砷材料的制备技术，其特征在于：通过粘合剂溶液将羟基铁粉末附着于基质表面，在机械搅拌条件下实现基质的互相摩擦和碰撞，进而实现羟基铁粉末和粘合剂溶液在基质表面均匀分布；待粘合剂溶液的溶剂组分挥发后，实现羟基铁粉末牢固包覆于基质表面，制得羟基铁包覆型砷吸附剂。

2.根据权利要求1所述的机械搅拌过程，可以通过圆盘造粒机、混凝土搅拌机、原浆搅拌机等机械设备实现。

3.根据权利要求1所示的基质颗粒，其特征为可以是石英砂、瓷砂、水泥等硬质颗粒，其直径可以为0.5-5mm。

4.根据权利要求1所述的羟基铁粉末，其特征为可以是无定形态、针铁矿、纤铁矿、大方纤铁矿等矿物形态的羟基铁，其粒径可以为100-200目的粉末。

5.根据权利要求1所述的粘合剂溶液，其特征为将脂类、胺类、橡胶类等粘合剂溶于醇类、酮类等易挥发溶剂中，从而制备上述粘合剂溶液。

6.根据权利要求1所述的粘合剂溶液的溶剂组分挥发过程，其特征在于通过自然风干或低温干燥实现溶剂挥发。