CN111135786A - 一种铈铁三价砷吸附剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铈铁三价砷吸附剂及其制备方法和应用，分别称取氯化亚铁、氯化铁、氯化铈，混合，得混合铁铈粉；将混合铁铈粉混入到蒸馏水中，密封状态下搅拌至完全溶解，配制铁铈溶液；研磨凝灰岩，得凝灰岩粉末；将凝灰岩粉末混入到铁铈溶液中，密封条件下搅拌，得凝灰岩铁铈混合浆液；将氢氧化钠溶液与凝灰岩铁铈混合浆液，混合，密封状态下搅拌均匀，30~90°C温度下陈化2~4小时，真空干燥至质量恒定，研磨，得一种铈铁三价砷吸附剂。本发明制备的吸附剂最高可实现98.94%三价砷离子去除量。本发明制备的一种铈铁三价砷吸附剂在吸附试验过程中损失率更低。本发明可适用于溶液pH为2~12范围的三价砷污染物的去除。

Description

一种铈铁三价砷吸附剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种铈铁三价砷吸附剂及其制备方法和应用。
背景技术
由于砷污染物具有剧毒性和致癌性，砷污染水体、土壤问题日益受到关注。长期饮用砷污染水体会导致皮肤癌变、肝肾衰竭、膀胱不可逆损伤。基于砷污染物对人体健康的影响，目前世界卫生组织的指导原则里建议将饮用水中砷的最大容许浓度由之前的50μg/L降低到现在的10μg/L。所以为了使得饮用水达到更严格的标准，必须严格把控砷污染物流向，并消除和减少水体中砷污染物浓度。
在自然水体中砷主要以两种形式存在，即三价砷As(III)和五价砷As(V)。三价砷毒性是五价砷的10倍。由于三价砷在弱酸、中性、弱碱水体环境中以非离子型的亚砷酸形式存在，其对吸附剂的亲和力较低，相比于五价砷其更难以去除。
当前，在处置三价砷之前会将其先氧化成五价砷，然后再通过吸附、絮凝、共沉淀的方式将五价砷从水体中去除。然而这种处置方式增加了工艺程序从而易诱发二次污染问题。近些年，多种吸附剂被用来去除废水中的砷污染物，例如活性炭、改性地质矿物、金属氧化物等。其中金属氧化物如ZrO2、TiO2、CeO2和Fe2O3已被证明具有良好的除砷性能。然而这些金属氧化物吸附剂pH适用范围较窄且容易聚集成大颗粒导致砷的吸附能力降低，同时吸附过程中损失率较高。
因此有必要开发一种新颖的吸附剂，以便在不进行任何预处理的情况下，实现将As(III)从水体中高效去除。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供了一种铈铁三价砷吸附剂及其制备方法和应用。
为了解决上述技术问题，本发明采取了如下的技术方案：一种铈铁三价砷吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
1)分别称取氯化亚铁、氯化铁、氯化铈，混合，得混合铁铈粉；
2)将混合铁铈粉混入到蒸馏水中，密封状态下搅拌至完全溶解，配制铁铈溶液；
3)研磨凝灰岩，过200～400目筛，得凝灰岩粉末；
4)将凝灰岩粉末混入到铁铈溶液中，密封条件下搅拌1～2小时，得凝灰岩铁铈混合浆液；
5)称取氢氧化钠，混入到蒸馏水中，密封状态下搅拌至完全溶解，配制5～15M氢氧化钠溶液；
6)将氢氧化钠溶液与凝灰岩铁铈混合浆液，混合，密封状态下搅拌均匀，30～90℃温度下陈化2～4小时，真空干燥至质量恒定，研磨，得铈铁三价砷吸附剂。
其中，所述步骤1)的混合铁铈粉中二价铁、三价铁、三价铈摩尔比为3～5∶1∶1～2。
其中，所述步骤2)中混合铁铈粉与蒸馏水的固液比为1∶1～3mg/mL。
其中，所述步骤4)中凝灰岩粉末与铁铈溶液的固液比为1∶1～3mg/mL。
其中，所述步骤6)中氢氧化钠溶液与凝灰岩铁铈混合浆液体积比为0.5～1.5∶1。
本发明内容还包括所述的制备方法制备得到的铈铁三价砷吸附剂。
本发明内容还包括所述的铈铁三价砷吸附剂在污水处理中的应用。
其中，所述污水为三价砷废水。
其中，所述污水为pH为2～12的三价砷污水。
反应机理：本发明将凝灰岩粉末混入到铁铈溶液中充分搅拌，不仅可使得亚铁离子、铁离子、三价铈离子与凝灰岩颗粒充分接触，同时可使得凝灰岩中部分可溶解硅铝酸盐溶解到液体中。在密封条件下将氢氧化钠溶液与凝灰岩铁铈混合浆液混合、搅拌，氢氧根离子与二价铁、三价铁、三价铈反应生成氯离子掺的双层状的三元混合不定型沉淀物。同时在强碱环境下，通过碱激发作用从凝灰岩上溶解到液体中的硅铝酸盐胶凝化，逐渐转化为不定型态的地质聚合物。不定型态的地质聚合物与双层状三元混合不定型沉淀物通过羟基桥接作用充分混合在一起并将浆体中凝灰岩不溶解的颗粒紧密包裹起来。在吸附试验中，溶液中的三价砷离子首先通过静电吸引吸附在铈铁三价砷吸附剂表面，随后与吸附剂表面羟基官能团发生螯合反应，继而被固定在吸附剂表面。随着吸附剂表面通过静电吸引过来的三价砷离子越来越多，部分砷离子与三价铈离子通过电位互补机制沿着铈活性点位通道渗入到三元混合不定型沉淀物层间并与地质聚合物表面的硅羟基发生螯合。同时在吸附过程中部分氢氧化亚铈氧化转化为氢氧化铈，这不仅可以增加吸附剂表面反应位点，同时可将部分三价砷污染物转化为毒性更低的五价砷污染物。部分砷离子可通过替代地质聚合物中硅铝四面体的位置，进一步迁移至地质聚合物三维结构中。凝灰岩中不溶解的颗粒部分通过氧桥将不定型态的地质聚合物与双层状三元混合不定型沉淀固定在颗粒上，从而降低地质聚合物与双层状三元混合沉淀在吸附过程中的损失。
有益效果：本发明制备过程简单，工艺易操作，制备所需原料来源广泛且易得。本发明的吸附剂有别于传统吸附剂仅通过静电吸引实现三价砷的去除的路径，通过静电吸引、羟基螯合、电位互补、铈活性点位通道渗透、硅羟基螯合、硅铝四面体替代等多种反应机制实现三价砷污染物的高容量吸附。本发明制备的吸附剂最高可实现98.94％三价砷离子去除量。本发明制备的一种铈铁三价砷吸附剂在吸附试验过程中损失率更低。本发明可适用于溶液pH为2～12范围的三价砷污染物的去除。本发明不仅制备了一种新型三价砷污染物吸附剂，也为解决传统吸附剂在应用过程中存在的吸附容量低、损失率较高的问题提供了思路。
附图说明
图1是本发明制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
本发明中的凝灰岩粉末来自河南信阳思牧达科技有限公司。凝灰岩组分为：SiO277.45％、Al2O3 9.73％、CaO 0.78％、TiO2 1.45％、MgO 0.51％、Fe2O3 1.23％、MnO 0.35％、V2O5 0.46％、K2O 7.83％、Na2O 0.21％。
实施例1二价铁Fe(II)、三价铁Fe(III)、三价铈Ce(III)摩尔比对制备的铈铁三价砷吸附剂吸附三价砷的影响
1、按照二价铁Fe(II)、三价铁Fe(III)、三价铈Ce(III)摩尔比为3∶1∶0.5、3∶1∶0.7、3∶1∶0.9、2∶1∶1、2.5∶1∶1、2.8∶1∶1、3∶1∶1、4∶1∶1、5∶1∶1、3∶1∶1.5、4∶1∶1.5、5∶1∶1.5、3∶1∶2、4∶1∶2、5∶1∶2、5.2∶1∶2、5.5∶1∶2、6∶1∶2、5∶1∶2.1、5∶1∶2.3、5∶1∶2.5，分别称取对应质量的氯化亚铁、氯化铁、氯化铈，混合，得21组混合铁铈粉。
2、按照固体液体比1∶1mg/mL将21组混合铁铈粉分别混入到21组蒸馏水中，密封状态下搅拌至完全溶解，配制21组铁铈溶液。
3、研磨凝灰岩，过200目筛，得凝灰岩粉末。
4、按照固体液体比1∶1mg/mL，将21组等质量的凝灰岩粉末分别混入到21组铁铈溶液中，密封条件下搅拌1小时，得21组凝灰岩铁铈混合浆液。
5、称取氢氧化钠，混入到蒸馏水中，密封状态下搅拌至完全溶解，配制5M氢氧化钠溶液。
6、按照氢氧化钠溶液与凝灰岩铁铈混合浆液体积比0.5∶1量取21组氢氧化钠溶液分别与21组凝灰岩铁铈混合浆液混合，密封状态下搅拌均匀，30℃温度下陈化2小时，真空干燥至质量恒定，研磨，得21组铈铁三价砷吸附剂。
7、三价砷污染水体处理：按照制备的铈铁三价砷吸附剂分别与砷污染污染物水体的固液比为2∶1(g/L)，将21组铈铁三价砷吸附剂分别投入到初始pH为2且含有100mg/L三价砷的21组相同的污染水体中，120rpm转速下搅拌30min。
三价砷浓度检测及去除率计算：水体中三价砷污染物浓度按照《水质汞、砷、硒、铋和锑的测定原子荧光法》(HJ 694-2014)测定。三价砷去除率按照如下公式计算，其中RAs为三价砷污染物去除率，cAs0为水体中三价砷初始浓度(mg/L)，cAst为吸附剂处置后水体中三价砷残余浓度(mg/L)。试验结果见表1。
Figure BDA0002360492850000041
表1二价铁Fe(II)、三价铁Fe(III)、三价铈Ce(III)摩尔比对制备的铈铁三价砷吸附剂吸附三价砷的影响
Figure BDA0002360492850000042
Figure BDA0002360492850000051
由表1可看出，当二价铁、三价铁、三价铈摩尔比小于3∶1∶1时(如表1中，二价铁、三价铁、三价铈摩尔比＝3∶1∶0.9、3∶1∶0.7、3∶1∶0.5、2.8∶1∶1、2.5∶1∶1、2∶1∶1时以及表1中未列举的更低值)，水体中三价砷去除率均低于77％且随着二价铁和三价铈减少而显著降低。二价铁和三价铈较少，氢氧化钠溶液与凝灰岩铁铈混合浆液搅拌过程中生成的氯离子掺的双层状的三元混合不定型沉淀物较少，不定型态的地质聚合物与双层状三元混合不定型沉淀物混合不充分，凝灰岩不溶解的颗粒包裹效果差。在吸附试验中，由于电位互补机制减弱，向吸附剂层间迁移的三价砷污染物减少，吸附剂表面负载的三价砷污染物过多，从而显著抑制三价砷的进一步吸附，导致砷去除率降低。当二价铁、三价铁、三价铈摩尔比等于3～5∶1∶1～2时(如表1中，二价铁、三价铁、三价铈摩尔比＝3∶1∶1、4∶1∶1、5∶1∶1、3∶1∶1.5、4∶1∶1.5、5∶1∶1.5、3∶1∶2、4∶1∶2、5∶1∶2)，水体中三价砷去除率均高于85％。二价铁和三价铈适量，氢氧化钠溶液与凝灰岩铁铈混合浆液搅拌过程中生成的氯离子掺的双层状的三元混合不定型沉淀物较多，不定型态的地质聚合物与双层状三元混合不定型沉淀物混合充分，凝灰岩不溶解的颗粒包裹效果较好。在吸附试验中，溶液中的三价砷离子首先通过静电吸引吸附在铈铁三价砷吸附剂表面，随后与吸附剂表面羟基官能团发生螯合反应，继而被固定在吸附剂表面。随着吸附剂表面通过静电吸引过来的三价砷离子越来越多，部分砷离子与三价铈离子通过电位互补机制沿着铈活性点位通道渗入到三元混合不定型沉淀物层间并与地质聚合物表面的硅羟基发生螯合。同时在吸附过程中部分氢氧化亚铈氧化转化为氢氧化铈，这不仅可以增加吸附剂表面反应位点，同时可将部分三价砷污染物转化为毒性更低的五价砷污染物。部分砷离子可通过替代机制进一步迁移至地质聚合物三维结构中。当二价铁、三价铁、三价铈摩尔比高于5∶1∶2时(如表1中，二价铁、三价铁、三价铈摩尔比＝5.2∶1∶2、5.5∶1∶2、6∶1∶2、5∶1∶2.1、5∶1∶2.3、5∶1∶2.5时以及表1中未列举的更高值)，水体中三价砷去除率随着二价铁、三价铁、三价铈摩尔比的增加变化不显著。因此，综合而言，结合效益与成本，当二价铁、三价铁、三价铈摩尔比等于3～5∶1∶1～2时，最有利于提高所制备的一种铈铁三价砷吸附剂吸附三价砷的性能。
实施例2氢氧化钠浓度对制备的铈铁三价砷吸附剂吸附三价砷的影响
按照二价铁Fe(II)、三价铁Fe(III)、三价铈Ce(III)摩尔比为5∶1∶2，分别称取对应质量的氯化亚铁、氯化铁、氯化铈，混合，配制9组等质量的混合铁铈粉。按照固体液体比1∶2mg/mL将混合铁铈粉混入到蒸馏水中，密封状态下搅拌至完全溶解，配制9组等质量的铁铈溶液。研磨凝灰岩，过300目筛，得凝灰岩粉末。按照固体液体比1∶2mg/mL，将9组等质量的凝灰岩粉末分别混入到9组铁铈溶液中，密封条件下搅拌1.5小时，得9组凝灰岩铁铈混合浆液。称取氢氧化钠，混入到蒸馏水中，密封状态下搅拌至完全溶解，分别配制浓度为2.5M、3.5M、4.5M、5M、10M、15M、15.5M、16.5M、17.5M的9组氢氧化钠溶液。按照氢氧化钠溶液与凝灰岩铁铈混合浆液体积比1∶1将9组氢氧化钠溶液与9组凝灰岩铁铈混合浆液混合，密封状态下搅拌均匀，60℃温度下陈化3小时，真空干燥至质量恒定，研磨，得9组铈铁三价砷吸附剂。
三价砷污染水体处理：按照制备的铈铁三价砷吸附剂与砷污染污染物水体的固液比为2∶1(g∶L)，将9组铈铁三价砷吸附剂分别投入到初始pH为7且含有100mg/L三价砷的9组相同水体中，120rpm转速下搅拌30min。
三价砷浓度检测及去除率计算同实施例1。试验结果见表2。
表2氢氧化钠浓度对制备的铈铁三价砷吸附剂吸附三价砷的影响
Figure BDA0002360492850000061
Figure BDA0002360492850000071
由表2可看出，当氢氧化钠浓度小于5M时(如表2中，氢氧化钠浓度＝4.5M、3.5M、2.5M时以及表2中未列举的更低值)，水体中三价砷去除率低于83％且随着氢氧化钠浓度减少而显著降低。氢氧化钠浓度较低，使得氢氧化钠溶液与凝灰岩铁铈混合浆液搅拌过程中生成的氯离子掺的双层状的三元混合不定型沉淀物较少，不定型态的地质聚合物与双层状三元混合不定型沉淀物混合不充分，凝灰岩不溶解的颗粒包裹效果差。在吸附试验中，吸附剂表面羟基官能团较少，吸附在铈铁三价砷吸附剂表面的三价砷易发生解吸从而脱离吸附剂。同时，由于电位互补机制减弱，向吸附剂层间迁移的三价砷污染物也减少。当氢氧化钠浓度等于5～10M时(如表2中，氢氧化钠浓度＝5M、10M、15M)，水体中三价砷去除率高于91％。在密封条件下将氢氧化钠溶液与凝灰岩铁铈混合浆液混合、搅拌，氢氧根离子与二价铁、三价铁、三价铈反应生成氯离子掺的双层状的三元混合不定型沉淀物。同时在强碱环境下，通过碱激发作用从凝灰岩上溶解到液体中的硅铝酸盐胶凝化，逐渐转化为不定型态的地质聚合物。不定型态的地质聚合物与双层状三元混合不定型沉淀物通过羟基桥接作用充分混合在一起并将浆体中凝灰岩不溶解的颗粒紧密包裹起来。在吸附试验中，溶液中的三价砷离子首先通过静电吸引吸附在铈铁三价砷吸附剂表面，随后与吸附剂表面羟基官能团发生螯合反应，继而被固定在吸附剂表面。随着吸附剂表面通过静电吸引过来的三价砷离子越来越多，部分砷离子与三价铈离子通过电位互补机制沿着铈活性点位通道渗入到三元混合不定型沉淀物层间并与地质聚合物表面的硅羟基发生螯合。当氢氧化钠浓度大于15M时(如表2中，氢氧化钠浓度＝15.5M、16.5M、17.5M时以及表2中未列举的更高值)，水体中三价砷去除率随着氢氧化钠浓度的增加变化不显著。因此，综合而言，结合效益与成本，当氢氧化钠浓度等于5～10M时，最有利于提高所制备的铈铁三价砷吸附剂吸附三价砷的性能。
实施例3凝灰岩粉末与铁铈溶液固体液体比对制备的铈铁三价砷吸附剂吸附三价砷的影响
按照二价铁Fe(II)、三价铁Fe(III)、三价铈Ce(III)摩尔比为5∶1∶2，分别称取对应质量的氯化亚铁、氯化铁、氯化铈，混合，配制9组等质量的混合铁铈粉。按照固体液体比1∶3mg/mL将混合铁铈粉混入到蒸馏水中，密封状态下搅拌至完全溶解，配制9组等质量的铁铈溶液。研磨凝灰岩，过400目筛，得凝灰岩粉末。按照固体液体比1∶0.5mg/mL、1∶0.7mg/mL、1∶0.9mg/mL、1∶1mg/mL、1∶2mg/mL、1∶3mg/mL、1∶3.2mg/mL、1∶3.5mg/mL、1∶4mg/mL，将9组等质量的凝灰岩粉末分别混入到相应9组铁铈溶液中，密封条件下搅拌2小时，得9组凝灰岩铁铈混合浆液。称取氢氧化钠，混入到蒸馏水中，密封状态下搅拌至完全溶解，配制浓度为15M的9组氢氧化钠溶液。按照氢氧化钠溶液与凝灰岩铁铈混合浆液体积比1.5∶1将9组氢氧化钠溶液与9组凝灰岩铁铈混合浆液混合，密封状态下搅拌均匀，90℃温度下陈化4小时，真空干燥至质量恒定，研磨，得9组铈铁三价砷吸附剂。
三价砷污染水体处理：按照制备的铈铁三价砷吸附剂与砷污染污染物水体的固液比为2∶1(g∶L)，将铈铁三价砷吸附剂投入到初始pH为12且含有100mg/L三价砷的水体中，120rpm转速下搅拌30min。
三价砷浓度检测及去除率计算同实施例1。试验结果见表3。
表3凝灰岩粉末与铁铈溶液固体液体比对制备的铈铁三价砷吸附剂吸附三价砷的影响
Figure BDA0002360492850000081
由表3可看出，当凝灰岩粉末与铁铈溶液固体液体比大于1∶1mg/mL时(如表3中，凝灰岩粉末与铁铈溶液固体液体比＝1∶0.9mg/mL、1∶0.7mg/mL、1∶0.5mg/mL时以及表3中未列举的更大值)，水体中三价砷去除率低于86％且随着凝灰岩粉末与铁铈溶液固体液体比增加而显著降低。凝灰岩粉末与铁铈溶液固体液体比大于1∶1mg/mL时，吸附剂制备过程中二价铁、三价铁、三价铈用量较少，氢氧化钠溶液与凝灰岩铁铈混合浆液混合、搅拌过程中生成的氯离子掺的双层状的三元混合不定型沉淀物较少，不定型态的地质聚合物与双层状三元混合不定型沉淀物混合不充分，凝灰岩不溶解的颗粒包裹效果差。在吸附试验中，吸附剂表面静电吸引作用减弱，吸附于吸附剂表面和迁入到吸附剂颗粒内部的三价砷污染物减少。当凝灰岩粉末与铁铈溶液固体液体比等于1∶1～3mg/mL时(如表3中，凝灰岩粉末与铁铈溶液固体液体比＝1∶1mg/mL、1∶2mg/mL、1∶3mg/mL)，水体中三价砷去除率高于96％。亚铁离子、三价铁离子、三价铈离子适量，在密封条件下将氢氧化钠溶液与凝灰岩铁铈混合浆液混合、搅拌，氢氧根离子与二价铁、三价铁、三价铈反应生成氯离子掺的双层状的三元混合不定型沉淀物。同时在强碱环境下，通过碱激发作用从凝灰岩上溶解到液体中的硅铝酸盐胶凝化，逐渐转化为不定型态的地质聚合物。不定型态的地质聚合物与双层状三元混合不定型沉淀物通过羟基桥接作用充分混合在一起并将浆体中凝灰岩不溶解的颗粒紧密包裹起来。在吸附试验中，溶液中的三价砷离子首先通过静电吸引吸附在铈铁三价砷吸附剂表面，随后与吸附剂表面羟基官能团发生螯合反应，继而被固定在吸附剂表面。随着吸附剂表面通过静电吸引过来的三价砷离子越来越多，部分砷离子与三价铈离子通过电位互补机制沿着铈活性点位通道渗入到三元混合不定型沉淀物层间并与地质聚合物表面的硅羟基发生螯合。同时在吸附过程中部分氢氧化亚铈氧化转化为氢氧化铈，这不仅可以增加吸附剂表面反应位点，同时可将部分三价砷污染物转化为毒性更低的五价砷污染物。部分砷离子可通过替代机制进一步迁移至地质聚合物三维结构中。当凝灰岩粉末与铁铈溶液固体液体比低于1∶3mg/mL时(如表3中，凝灰岩粉末与铁铈溶液固体液体比＝1∶3.2mg/mL、1∶3.5mg/mL、1∶4mg/mL)，水体中三价砷去除率随着凝灰岩粉末与铁铈溶液固体液体比的减少变化不显著。因此，综合而言，结合效益与成本，当凝灰岩粉末与铁铈溶液固体液体比等于1∶1～3mg/mL时，最有利于提高所制备的一种铈铁三价砷吸附剂吸附三价砷的性能。
对比例不同吸附剂的三价砷去除率及损失率对比
本发明吸附剂的制备：按照二价铁Fe(II)、三价铁Fe(III)、三价铈Ce(III)摩尔比为5∶1∶2，分别称取对应质量的氯化亚铁、氯化铁、氯化铈，混合，配制混合铁铈粉。按照固体液体比1∶3mg/mL将混合铁铈粉混入到蒸馏水中，密封状态下搅拌至完全溶解，配制铁铈溶液。研磨凝灰岩，过400目筛，得凝灰岩粉末。按照固体液体比1∶3mg/mL，将凝灰岩粉末混入到铁铈溶液中，密封条件下搅拌2小时，得凝灰岩铁铈混合浆液。称取氢氧化钠，混入到蒸馏水中，密封状态下搅拌至完全溶解，配制浓度为15M的氢氧化钠溶液。按照氢氧化钠溶液与凝灰岩铁铈混合浆液体积比1.5∶1将氢氧化钠溶液与凝灰岩铁铈混合浆液混合，密封状态下搅拌均匀，90℃温度下陈化4小时，真空干燥至质量恒定，研磨，得铈铁三价砷吸附剂。
对比吸附剂1的制备：按照二价铁Fe(II)和三价铁Fe(III)尔比为5∶1，分别称取对应质量的氯化亚铁和氯化铁，混合，配制混合铁粉。按照固体液体比1∶3mg/mL将混合铁粉混入到蒸馏水中，密封状态下搅拌至完全溶解，配制铁溶液。称取氢氧化钠，混入到蒸馏水中，密封状态下搅拌至完全溶解，配制浓度为15M的氢氧化钠溶液。按照氢氧化钠溶液与铁溶液体积比1.5∶1将氢氧化钠溶液与铁溶液混合，密封状态下搅拌均匀，90℃温度下陈化4小时，真空干燥至质量恒定，研磨，得对比吸附剂1。
对比吸附剂2的制备：按照二价铁Fe(II)、三价铁Fe(III)、三价铈Ce(III)摩尔比为5∶1∶2，分别称取对应质量的氯化亚铁、氯化铁、氯化铈，混合，配制混合铁铈粉。按照固体液体比1∶3mg/mL将混合铁铈粉混入到蒸馏水中，密封状态下搅拌至完全溶解，配制铁铈溶液。称取氢氧化钠，混入到蒸馏水中，密封状态下搅拌至完全溶解，配制浓度为15M的氢氧化钠溶液。按照氢氧化钠溶液与铁铈溶液体积比1.5∶1将氢氧化钠溶液与铁铈溶液混合，密封状态下搅拌均匀，90℃温度下陈化4小时，真空干燥至质量恒定，研磨，得对比吸附剂2。
对比吸附剂3的制备：按照二价铁Fe(II)和三价铁Fe(III)尔比为5∶1，分别称取对应质量的氯化亚铁和氯化铁，混合，配制混合铁粉。按照固体液体比1∶3mg/mL将混合铁粉混入到蒸馏水中，密封状态下搅拌至完全溶解，配制铁溶液。研磨凝灰岩，过400目筛，得凝灰岩粉末。按照固体液体比1∶3mg/mL，将凝灰岩粉末混入到铁溶液中，密封条件下搅拌2小时，得凝灰岩铁混合浆液。称取氢氧化钠，混入到蒸馏水中，密封状态下搅拌至完全溶解，配制浓度为15M的氢氧化钠溶液。按照氢氧化钠溶液与凝灰岩铁混合浆液体积比1.5∶1将氢氧化钠溶液与凝灰岩铁混合浆液混合，密封状态下搅拌均匀，90℃温度下陈化4小时，真空干燥至质量恒定，研磨，得对比吸附剂3。
三价砷污染水体处理：按照制备的吸附剂与砷污染污染物水体的固液比为2∶1(g∶L)，将吸附剂投入到初始pH为7且含有100mg/L三价砷的水体中，120rpm转速下搅拌30min。
三价砷浓度检测及去除率计算同实施例1。
吸附剂损失率计算：吸附剂损失率按照公式(2)进行计算。其中，Ss为吸附剂损失率，mo为吸附试验前吸附剂质量(g)，mt为吸附试验前吸附剂质量(g)，V为所需处置溶液的体积(L)。
Figure BDA0002360492850000111
三价砷去除率及吸附剂损失率的试验结果见表4。
表4不同吸附剂的三价砷去除率及损失率对比
Figure BDA0002360492850000112
由表4可看出，本发明制备的吸附剂的三价砷去除率远高于对比对比吸附剂1、对比吸附剂2、对比吸附剂3。对比吸附剂2的三价砷去除率高于比对比吸附剂1和对比吸附剂3。对比吸附剂3的三价砷去除率高于对比吸附剂1。吸附试验后，本发明制备的吸附剂的损失率远低于对比对比吸附剂1、对比吸附剂2、对比吸附剂3。对比吸附剂3的损失率低于对比对比吸附剂1和对比吸附剂2。对比吸附剂2的损失率低于对比吸附剂1。不同吸附剂的三价砷吸附试验结果反映出在吸附试验中，溶液中的三价砷离子首先通过静电吸引吸附在本发明制备的吸附剂表面，随后与吸附剂表面羟基官能团发生螯合反应，继而被固定在吸附剂表面。随着吸附剂表面通过静电吸引过来的三价砷离子越来越多，部分砷离子与三价铈离子通过电位互补机制沿着铈活性点位通道渗入到三元混合不定型沉淀物层间并与地质聚合物表面的硅羟基发生螯合。同时在吸附过程中部分氢氧化亚铈氧化转化为氢氧化铈，这不仅可以增加吸附剂表面反应位点，同时可将部分三价砷污染物转化为毒性更低的五价砷污染物。部分砷离子可通过替代机制进一步组合到地质聚合物三维结构中。吸附试验后不同吸附剂的损失率结果反映出凝灰岩中不溶解的颗粒部分通过氧桥将不定型态的地质聚合物与双层状三元混合不定型沉淀固定在颗粒上，从而降低地质聚合物与双层状三元混合沉淀在吸附过程中的损失。

Claims (9)

1.一种铈铁三价砷吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）分别称取氯化亚铁、氯化铁、氯化铈，混合，得混合铁铈粉；
2）将混合铁铈粉混入到蒸馏水中，密封状态下搅拌至完全溶解，配制铁铈溶液；
3）研磨凝灰岩，过200~400目筛，得凝灰岩粉末；
4）将凝灰岩粉末混入到铁铈溶液中，密封条件下搅拌1~2小时，得凝灰岩铁铈混合浆液；
5）称取氢氧化钠，混入到蒸馏水中，密封状态下搅拌至完全溶解，配制5~15M氢氧化钠溶液；
6）将氢氧化钠溶液与凝灰岩铁铈混合浆液，混合，密封状态下搅拌均匀，30~90°C温度下陈化2~4小时，真空干燥至质量恒定，研磨，得铈铁三价砷吸附剂。
2.根据权利要求1所述的一种铈铁三价砷吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1）的混合铁铈粉中二价铁、三价铁、三价铈摩尔比为3~5:1:1~2。
3.根据权利要求1所述的一种铈铁三价砷吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中混合铁铈粉与蒸馏水的固液比为1:1~3mg/mL。
4.根据权利要求1所述的一种铈铁三价砷吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4）中凝灰岩粉末与铁铈溶液的固液比为1:1~3mg/mL。
5.根据权利要求1所述的一种铈铁三价砷吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤6）中氢氧化钠溶液与凝灰岩铁铈混合浆液体积比为0.5~1.5:1。
6.权利要求1~5任一项所述的制备方法制备得到的铈铁三价砷吸附剂。
7.权利要求6所述的铈铁三价砷吸附剂在污水处理中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述污水为三价砷废水。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述污水为pH为2~12的三价砷污水。
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