CN1216807C - 接触剂与吸附剂颗粒 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于氧化铁和/或羟基氧化铁和氢氧化铁(III)的团粒和颗粒，涉及它们的制备方法及其应用。

Description

接触剂与吸附剂颗粒
本发明涉及基于任何晶型的氧化铁和/或羟基氧化铁的碎片或颗粒，它们包含少量无机氧化铝和/或氧化镁或羟基氧化物粘合剂，具有较高的比表面积(BET比表面积为50至超过200米2/克)；涉及它们的制备方法和转变成具有高机械稳定性的碎片的方法；还涉及它们作为接触和/或吸附剂/反应剂在催化反应中的应用，以及从液体中除去外来物质和/或净化气体的应用。
接触剂和吸附剂颗粒(granule)，包括那些基于氧化铁和/或羟基氧化铁的接触剂和吸附剂颗粒，已经见诸报道。它们主要使用在通常在塔状或柱状装置中进行的连续过程中。待处理介质流经上述装置，并在上述颗粒的内外表面上发生化学或物理反应或吸附过程。为此目的，不能使用粉状材料，因为它们会在介质流动的方向聚集，结果增加了对流动的阻碍，直至堵塞装置。如果用反洗的方法清洗装置(见下文)，大量的粉末就会被冲出来、流失掉或导致严重的废水污染。
然而，流动介质也对会颗粒施加力，这种力能导致颗粒的磨损和/或运动，甚至剧烈的搅拌。结果颗粒间相互碰撞，最终出现不希望出现的磨损。这也会导致接触剂或吸附剂材料的损失，以及对待处理介质的污染。
含氧化铁和氢氧化铁的吸附剂/反应剂非常有用，例如用于净化水或净化气体方面。在净化水方面，这种吸附剂被用于流体能水平或垂直地从中流过的过滤器或吸附柱中；或者把这种吸附剂加到待处理的水中，以从诸如饮用水、公用水、工业废水、市政废水、矿泉水、圣水、医疗用水、河水、花园池水和农业用水等当中除去溶解、悬浮或乳化的有机或无机磷化合物、砷化合物、锑化合物、硫化合物、硒化合物、碲化合物、铍化合物、氰化合物和重金属化合物。也有可能用所谓的反应墙从受污染地点(垃圾填埋物)的地下水和渗出水中除去上述污染物。
在净化气体方面，所述吸附剂被用于吸附器中，与废气中不需要的成分结合，例如硫化氢、硫醇和氢氰酸，以及其他含磷、砷、锑、硫、硒、碲的化合物，还有氰化物和重金属化合物。它还可以吸附诸如HF、HCl、H2S、SOx、NOx的气体。
吸附剂还可以从废油和其他受污染的有机溶剂中除去含磷、砷、锑、硫、硒、碲的化合物，以及氰化物和重金属化合物。
基于氧化铁和/或羟基氧化铁的接触剂和吸附剂颗粒还被用于催化气相或液相化学反应。
已知有不同类型的方法用吸附剂从含水体系中除去微量物质和污染物。
DE-A 3120891描述了一种通过用粒度为1-3毫米的活性氧化铝过滤从地表水中基本上除去磷酸盐的方法。
DE-A 3800873描述了一种基于多孔材料(如粒度细到中等的疏水化白垩)的吸附剂，用于从水中除去污染物。
DE-A 3703169揭示了一种用于处理天然水的颗粒状过滤剂物质的制备方法。吸附剂的制造方法是在流化床中将加入白云石粉的高岭土水悬浮液造粒，然后在900-950℃进行烧制。
DE-A 4034417公开了一种用于净化废气和废水的高活性物质的制备和使用方法。该专利申请描述了Ca(OH)2与粘土、石粉、飞尘和飞灰的混合物。这种混合物可制成表面积约为200米2/克的多孔材料。
上述方法和用于所述目的的接触剂有一个共同的缺点，那就是对待净化介质中的各成分起选择性吸附作用的相应组分中，亦即实际的吸附剂中，必须加入高含量的添加剂，以便在成形过程中形成颗粒。结果，它对要除去的水中污染物的吸附能力大为下降。不仅如此，后续工作或者对该材料的处理也成问题，因为作为粘结剂的外加物质又必须先除去。
DE-A 4214487描述一种从水中除去杂质的方法和反应器。水水平地流过一个漏斗形反应器。在该反应器中，絮状微细氢氧化铁用作水中杂质的吸着剂。该方法的缺点是使用絮状的氢氧化铁。由于水与氢氧化铁之间的密度差较小，所以该反应器只能在很低流速下进行操作，且存在可能已被有害物质污染的吸着剂与水一起排出反应器的危险。
JP-A 55132633描述了一种可用作砷吸附剂的颗粒状红泥，它是生产铝的副产物。这种红泥由Fe2O3、Al2O3和SiO2组成。没有报道这种颗粒的稳定性和造粒方法。此吸附剂的另一个缺点是产品的组成不稳定，能否得到也不确定。
DE-A 19 826 186介绍了含氢氧化铁的吸附剂的制备方法。它是把一种聚合物的水分散液可水分散地混合到氢氧化铁中。接着，可以干燥得到的混合物，使之变成固态，然后用机械方法把固态物质粉碎成需要的形状和/或粒度；如果在预干燥后觉得合适的话，也可以先将混合物成形，再通过干燥变成固态。结果得到的材料中，氢氧化铁牢牢嵌入聚合物里面，据说它对废水或废气中通常存在的污染物具有很高的吸附能力。
此方法的缺点是使用了有机粘合剂，通过沥出和/或磨损有机材料，它又会对待处理的水产生额外的污染。此外，该吸附剂配混物在较长期使用过程中的稳定性也得不到保证。有机粘合剂还能成为细菌和其他微生物的营养介质，所以存在通过与之接触使微生物繁殖并造成介质污染的危险。
从原理上讲，存在生产吸附剂所需的不同类型有机助剂，对于操作、回收或进一步处理使用过的吸附剂是不利的，因为利用纯物质比利用混合物问题少。因此，举例说，在进一步处理作为给混凝土上色的颜料的氧化铁基吸附材料的过程中，聚合物粘合剂是不利的，因为这些粘合剂会妨碍颜料在液态混凝土中的分散。
DE-A 4320003描述了用胶状或粒状氢氧化铁从地下水中除去溶解砷的方法。为了能使用细而悬浮状的氢氧化铁(III)产品，该申请中建议将氢氧化铁悬浮液送入装有内或外孔隙率高的颗粒材料或其它载体的固定床过滤器中。这种方法的缺点是“基底+氢氧化铁”吸附剂仅能达到低的比负载能力。另外，由于在基底和氢氧化铁之间只有弱的结合力，所以在以后用含砷水处理时，存在排出氢氧化铁或砷酸铁的危险。另外，该出版物提到用粒状氢氧化铁作为固定床反应器中的吸附剂材料。所述粒状氢氧化铁的制备方法是在零下5℃的温度下中和酸性铁(III)盐溶液，然后冷冻调理(冷冻干燥)得到氢氧化铁。此制备方法是高能耗的，并导致受高盐污染的废水。此外，该制备方法最后只能得到非常细的颗粒，机械稳定性低。在用于固定床反应器的情况中，这导致的结果是颗粒尺寸范围在操作过程中由于颗粒的机械磨损而下降，这又反过来引起负载或未负载吸附剂的高度分散的颗粒从反应器中流失。这些颗粒的另一个缺点是，如果颗粒失水，例如由较长时间闲置时的干燥引起失水，那么它们对砷化合物的吸附能力会显著下降。
对于水的处理，用连续操作的吸附器比较好，它们通常分组平行工作。为了净化(例如)饮用水中的有机杂质，这些吸附器装有活性炭。在消耗水的高峰期，所用吸附器就平行工作，以防流速超过设计的最大限度。在水的低消耗期间，各吸附器就分别停止工作，并且在此期间可以得到维护，例如对吸附材料施加特定的压力。关于这一点，下面对此有更详细的描述。
对例如可用高线性力压实氧化铁粉制得的颗粒的用途也已有所报道。现已描述了将这种颗粒用于均匀地使液体混凝土着色。压实时使用高线性力是高能量强度和高成本的，且在较长时间使用吸附剂的情况下，压实材料的稳定性不能令人满意。因此，这些材料仅能有限地用于净化水的吸附剂，特别是连续操作的吸附剂。特别在通过反洗维护或清洁吸附系统时(参考下文)，由于搅动，这些吸附剂颗粒会损失大量的物质。由于磨损，使反洗水非常混浊。出于如下原因这是不能接受的：首先，长期使用后，失去的吸附剂材料带有大量污染物，因此是有毒害的。其次，废水流含有可沉淀的磨损物，从而会损害管道系统。最后，由于上述原因使废水处理厂受到物理或有毒物污染。以上只是列出几个原因。
因此，本发明的目标是提供一种基于铁一氧化合物的片状接触剂或吸附剂/反应剂和用此材料进行操作的系统，所述接触剂或吸附剂/反应剂具有的高机械稳定性，对液体和气体中的污染物具有高结合能力，且无需使用有机粘合剂来获得足够的机械稳定性。
本发明的接触剂或吸附剂/反应剂，它们的制备方法、应用，以及充填这些材料的装置，共同实现本发明的总目标。
本发明提供一种介质能够流过的装置，它包括由经元素Al、Mg和/或Ti的氧化物和/或羟基氧化物固化的氧化铁和/或羟基氧化铁组成的片状吸附剂/反应剂。上述介质是气体、液体或水。本发明还提供包含上述装置的水处理设备。
本发明中的材料是氧化铁和/或羟基氧化铁，它们含有少量氧化镁或氧化铝和/或羟基氧化物。如研究所发现的，该材料对废水或废气中通常存在的污染物具有高结合能力，无需加入有机粘合剂或具有粘附功能的外加无机材料就已经具有足够的机械稳定性和流体稳定性。
因为该材料只含少量外加粘合剂，与现有技术中的吸附剂相比，它的另一个优点是，在洗脱或除去吸附污染物后，如果有必要的话，可以对它进行弃置或将其完整用于其他应用，例如研磨后用于给混凝土和其他建筑材料上色，用于塑料、染料和涂料的常规上色，或者用于给其他物体如树皮覆盖物或木片上色，因为它所含添加剂的量对染色没有太多的不利影响。
本发明还提供一种制备上述吸附剂/反应剂的方法，该包括(a)将氧化铝、氧化镁和/或氧化钛或羟基氧化物或它们的老化和次级脱水产物与氧化铁和/或羟基氧化铁包括Fe(OH)2的水悬浮液混合，然后(b1)将悬浮液干燥直至变成固态，然后将固态材料用机械方法粉碎成所需形状和/或大小；或者，(b2)若合适的话，在预干燥后将呈半固态的悬浮物机械成形，然后进一步干燥，直至变成固态。
如此得到的产物可进一步粉碎，如通过粗研磨或研磨。然而，由于该产物在与水初次接触，例如在新装吸附剂的装置中第一次加水时，会自发地粉碎，因此，上述粉碎操作是不必要的。
因此，本发明同时涉及含氧化铁/氢氧化铁的片状吸附剂/反应剂的制备方法。
本发明材料可如下获得：通过加入不同含水量的Al(OH)3和/或Mg(OH)2悬浮液或凝胶，混合不同相的氧化铁和/或羟基氧化铁包括Fe(OH)2，这些氧化铁和/或羟基氧化铁可以是纯的或混合物，可以是固态、半固态或悬浮态；然后例如通过过滤或蒸发除去混合物中的水，可以全部除去也可以保留一定量的水；接着用机械方法将固态或半固态材料粉碎成所需形状和/或粒度，或者，如果合适的话，预干燥成半固态后也可将分散液机械成形，然后(进一步)干燥以变成固态。在此方法中，氧化铁和/或羟基氧化铁牢牢地嵌入了外加氧化物或氢氧化物基底中。
氧化铁粒子和/或羟基氧化铁粒子(particle)也可以原位固化：装上氧化铁和/或羟基氧化铁碱性悬浮液，加入Al3+、Mg2+、Ti4+或其混合物盐的水溶液，直到足够量的Al(OH)3、Mg(OH)2、TiO(OH)2微溶沉淀物及其老化产物和次级脱水产物沉淀到悬浮的氧化铁粒子和/或羟基氧化铁粒子上；或者反过来，也可以通过加入NaOH、Ca(OH)2、KOH、CaCO3、Na2CO3、K2CO3、NH4OH之类的碱将Al(OH)3、Mg(OH)2、TiO(OH)2微溶沉淀物或它们的老化产物或次级产物沉淀到悬浮在Al3+、Mg2+、Ti4+溶液中的氧化铁粒子和/或羟基氧化铁粒子上。氧化铝或(氧化)氢氧化铝也可以由铝酸盐悬浮液(例如NaAlO2)沉淀到氧化铁粒子和/或羟基氧化铁粒子上。
当待脱水的悬浮液基本不含盐和/或对得到的最终产物在操作中的机械强度方面没有苛刻要求时，采用蒸发脱水比较好。
用过滤的方法脱水也是可供选择的。在此情况下，采用提高过滤效率的常规手段可以改善悬浮液的过滤性能，如参见《固—液过滤和分离技术》(A.Rushton，A.S.Ward，R.G.Holdich著，2000年第2版，Wiley-VCH，Weinheim)和《工业固/液过滤手册》(H.Gasper，D.Ochsle，E.Pongratz著，2000年第2版，Wiley-VCH，Weinheim)。因此，例如，可向悬浮液中加入絮凝剂。
待脱水的悬浮液也可以包含碳酸铁。
本发明产物可以在空气和/或真空和/或干燥箱和/或带式干燥器或喷雾干燥器中，在5-300℃范围内干燥。冷冻干燥该材料也是可以的。
本发明产物含有低于20％(重量)的残余水量比较好。
通过研磨，将该材料粉碎到粒度在0.5-20毫米范围内比较好。半固态材料在造粒机或制片机或挤压机中机械成形较好，这样可以得到直径或长度在0.5-20毫米范围内的成形体。
已经发现，得到的碎片或颗粒对水体、液体或气体中存在的污染物具有高的结合能力，另外，它们对流动介质的机械负荷或流体负荷具有足够高的稳定性。
特别令人惊奇的是，用Fe(OH)3处理过的羟基氧化铁或氧化铁在干燥期间能固化成非常坚硬的团粒(agglomerate)，它不需要加粘合剂，就具有高抗机械磨损性能和对流水的高流体稳定性，并且对水中存在的污染物和痕量物质具有高粘附能力。
可供发明应用的合适材料有羟基氧化铁颜料(例如针铁矿)，就像氧化铁颜料(例如赤铁矿和磁铁矿)和/或碳酸铁一样，或可以用碳酸铁代替氧化铁和/或羟基氧化铁。现有技术中已经有制备氧化铁颜料的方法，它们是通过铁(II)盐溶液的沉淀和氧化反应或Penniman反应和铁(III)盐溶液沉淀成氢氧化铁得到的。这些颜料可以包含α、β、γ、δ、δ’、ε相结构和/或Fe(OH)2，也可以包含它们的混合相和中间相。黄色的羟基氧化铁可以灼烧形成红色氧化铁。上述的氧化铁和/或羟基氧化铁是透明的颜料。
该产物的BET表面积是50-500米2/克，80-200米2/克较好。
初级粒度用扫描电子显微镜(例如放大率为60 000∶1)测定(仪器：XL30ESEM FEG，菲利普)。如果初级粒子是针状的(如在α-FeOOH相中)，则可以把针宽作为粒度的量度。对于纳米大小的α-FeOOH粒子，发现了高达100纳米的针宽，但针宽主要在4-50纳米之间。α-FeOOH初级粒子的长∶宽比一般为5∶1至50∶1，典型的为5∶1至20∶1。不过，通过搀杂或特殊的反应过程，针状粒子的长∶宽比是可以改变的。如果初级粒子是同质异构体(如α-Fe2O3、β-Fe2O3、Fe3O4相)，它们的直径都小于20纳米。
把纳米氧化铁粒子或羟基氧化铁粒子与颜料和/或铝、镁或钛的羟基氧化物混合后，扫描电子显微照片显示在它们已知的料子形态中存在所加的颜料或晶种粒子，这是由于纳米晶种粒子或铝、镁或钛的羟基氧化物结合在一起或相互粘着在一起。
黄色羟基氧化铁颜料的合成方法通常是在酸性或碱性pH范围内从相应的铁(II)盐溶液(例如纯FeSO4、FeCl2或其酸洗液)中沉淀出氢氧化铁(II)或碳酸铁(II)，然后氧化形成羟基氧化铁(III)(可参见G.Buxbaum著《工业无机颜料》，VCH Weinheim，第2版，1998年，第231页起)。二价铁到三价铁的氧化反应可优先用空气完成，通入高流量气体比较有利。用H2O2氧化同样能得到羟基氧化铁。NaOH可优先用作碱性沉淀剂。不过，其他沉淀剂也可以采用，如KOH、Na2CO3、K2CO3、CaO、Ca(OH)2、CaCO3、NH3、NH4OH、MgO和/或MgCO3。
通过恰当选择沉淀和氧化条件，可以合成α、β、γ、δ相及混合相的羟基氧化铁纳米粒子，它们具有高比表面积，因而在干态时，这些纳米粒子会聚集在一起，呈细碎形态时对机械磨损和流体机械磨损具有高稳定性。为了使沉淀颜料具有必需的高度细分散的特性，如专利US-A 2 558 303和US-A 2 558 304所述，沉淀过程(例如黄色α-FeOOH的沉淀)要在碱性pH范围内完成，可以用碱金属碳酸盐作沉淀剂，通常还要加入改性剂，例如SiO2、锌盐、铝盐或镁盐、羟基羧酸、磷酸盐、偏磷酸盐。这样制备的产物见述于US-A 2 558 302。这种晶种改性剂不会妨碍后面对本发明吸附剂进行的再生、回收或其他类型的应用。对于在水介质中进行的沉淀过程，就目前掌握的知识，在碱性环境中沉淀所得粉末的聚集程度不如在酸性环境中得到的紧密。
为了沉淀氧化铝、氧化镁或氧化钛和/或羟基氧化物，使用选自碳酸盐、氯化物、氟化物、硝酸盐、硫酸盐和硫化物的盐。
然而，晶种改性剂特别的一个优点是：即使在相对较高的反应温度下，也能得到足够的细分散的特性。
与现有技术相比，上述产物、其制备方法及其运用都有进步。与现有技术相比，本发明颗粒能承受大得多的负载，因而对机械应力和流体应力具有大得多的耐磨损稳定性。它们可以就这样直接应用。对原先从滤饼或挤出机得到的粗干物质甚至也可以不进行粉碎或碎化，例如当用于净化水的吸附器系统时，因为粗片在与水的接触中就能自动减小尺寸。在此情况下，会出现粒度随机分布，但这些吸附剂粒子不会在流动介质的作用下从吸附器中显著地流失。
像传统的羟基氧化铁以(可流动)粉末形式使用时所必需的独立粒化过程(在挤压过程中借助外加粘合剂或非常高的线性力)，在这里也可以完全省去。
另一种已被证明为有效的粒料制备方法是将半湿的浆料进行造粒。在该方法中，例如可用简单的孔板、滚压机或挤出机将半固态浆料制成粒料或线料。上述物料可以直接干燥，或再用成球机将挤出物制成球形或颗粒状。然后将仍潮湿的小球或颗粒干燥至所需的含水量。为了使这些颗粒不结成块，建议将残余含水量控制在小于50％。这种球形适用于固定床吸附器，因为与片状颗粒或棒状颗粒相比改进了吸附器中的填充状况。
一方面是羟基氧化铁或氧化铁，另一方面是氢氧化铁，它们在发明中的用量取决于本发明产品对其机械稳定性和耐磨损强度的要求。尽管高含量的(粉状)颜料通常会降低发明产品的机械强度，但可能有助于悬浮液的过滤。本领域的熟练技术人员能够用很少的初步实验确定其应用所需的最佳混合比例。
本发明的颗粒特别适用于净化液体，尤其是除去重金属。本技术领域中一个优选的用途是净化水，特别是饮用水。最近，从饮用水中除去砷受到格外的关注。本发明的粒料特别适用于这个目的，因为用本发明粒料达到的浓度不仅符合而且低于美国环保署确定的下限值。
为此目的，所述颗粒可用于常用的吸附器装置，例如装有活性炭，用于除去其他类型的污染物。也可以采用间歇操作，例如在水塔或类似的容器中，它们可以装有搅拌器。不过，用于连续系统，如连续流动吸附器中比较好。
因为在处理成饮用水之前的未经处理的水，通常还含有有机杂质，如藻类和类似有机物，所以吸附剂的表面，尤其是颗粒型吸附剂的外表面，在使用中常常会被细小的沉积物覆盖，从而妨碍甚至阻止了水的进入，并因此阻碍了对待除去成分的吸附。由于这个原因，需要时不时地用水反洗吸附器装置，最好在装置上的水消耗比较低的时间里进行(见前文)，可以让装置逐个停止使用。在此情况下，将吸附剂漩起，由于表面的相关机械压迫作用，不需要的覆盖物被除去，并随方向与工作状态下的水流方向相反的逆流排出。冲洗的水通常排到了污水处理设备。在此情况中，本发明的吸附剂显示出特别好的可维护性，因为它们的高强度使得在短时间内清洗成为可能，而不会造成冲洗中碰到的吸附材料显著流失，或者排到废水中的反洗用水受到流失的吸附材料的高度污染，甚或受到重金属的高度污染。
因为本发明颗粒不含外加粘合剂，所以此材料使用后的处理相对简单。因此，吸附的砷能通过热处理或用化学方法除去，例如在特殊装置中；还能得到纯氧化铁颜料，可以将再循环使用，或者用作通常的颜料。依据用途和法律条款，吸附剂材料也可以不事先除去重金属而直接使用，例如作为颜料为混凝土等永久性建筑材料上色，因为从饮用水除去的重金属可以用这种方法永久性固定，从而从水循环中去掉了。
因此，有装有本发明颗粒的装置在其中运行的水处理设备或自来水厂也是本发明的主题内容，如同用这类装置净化水的方法，以及此类装置本身。
本发明产品的BET比表面积按DIN66131(1993)规定，使用载气(He∶N2＝90∶10)，用单点法进行测量。测量前，在140℃的干燥氮气流中将试样加热1小时。
为了测量砷(III)和砷(V)的吸附率，在一个5升的PE瓶中用3克待测试样处理3升起始浓度各约为2-3毫克/升砷的NaAsO2或Na2HAsO4水溶液一定的时间，用搅拌棒进行搅拌。根据溶液中吸附前后的As3+/5+离子浓度差，将这段时间内(如1小时)吸附在氢氧化铁上As离子的吸附率用毫克(As3+/5+)/克FeOOH).小时表示。
Hg或Pb的吸附量按相似的方法测量。
负载在羟基氧化铁上或溶液中的As、Hg和Pb含量用DIN 38406-29(1999)中规定的质谱法(ICP-MS)或EN-ISO 11885(1998)规定的光学发射光谱(ICP-OES)进行测量。每一种方法中都将感应耦合等离子体用作激发单元。
机械强度和流体磨损强度按下述方法进行评价：在一个500毫升锥形瓶中将10克粒度＞0.1毫米的待测颗粒与150毫克去离子水混合，然后在LabShaker摇动机(购自Braun公司的Kuhner型)上以250转/分钟的速度转动30分钟。然后用筛子从悬浮液中分离出粒度＞0.1毫米的颗粒，干燥和秤重。最后重量与初始重量间的重量比确定以％磨损值。
现在参照实施例对本发明进行更详细的描述。这些实施例仅用于解释本发明方法，但对其没有任何限制作用。
实施例
实施例1
装填7905千克FeSO4，用水溶解至体积53.3米3。所得溶液冷却至14℃，并与1000千克MgSO47H2O混合。然后用5056千克浓度约300克/升的NaOH溶液稀释装填物，并用4000米3/小时的空气氧化，至＞99.5％发生沉淀。在压滤机上洗涤该批反应物，至残留滤液的电导率＜1000μS/cm，将所得糊状物挤过孔径为7毫米的钻孔板，由此形成线料。在带式干燥器上干燥线料，至残留水份约3％。根据X射线衍射谱分析，所得产物由100％非常短的针状α-FeOOH组成。在扫描电子显微照片(例如放大率为60000∶1)上，测得针宽在30-50纳米之间。因为针状物高密度聚集，针长无法精确测量。BET比表面积为145米2/克，30分钟后的磨损值仅为6％。
吸附性能：初始浓度为2.5毫克/升的NaAsO2的吸附速率为1.8毫克(As3+)/克(FeOOH)·小时，初始浓度为2.9毫克/升的Na2HAsO4的吸附速率为1.5毫克(As5+)/克(FeOOH)·小时。
实施例2
将569毫升MgSO4溶液(100克/升)加入含有50克/升FeOOH固体的1升Bayferrox920溶液中，然后在搅拌下将混合物与173克浓度为24％的NaOH溶液混合，继续搅拌15分钟。在真空过滤装置上洗涤所得黄色悬浮液，至残余滤液的电导率为1μS/cm，然后在干燥箱中于75℃干燥滤饼，至残余水份＜2％。粒化产物至粒度在0.5-2毫米之间，所得颗粒用于吸附砷。
根据X射线衍射谱，所得产物由α-FeOOH和Mg(OH)2组成。在扫描电子显微照片(例如放大率为60000∶1)上，可以看到无定形层中的α-FeOOH型针状物相互粘结或聚集成团粒。BET比表面积为43米2/克，因此可与Bayferrox920(BET约15米2/克)(空白)相比较。30分钟后的磨损值仅为11％。
初始浓度为2.6毫克/升(As3+)的NaAsO2水溶液的吸附速率为1.3毫克(As3+)/克(FeOOH)·小时，初始浓度为2.7毫克/升(As5+)的Na2HAsO4溶液的吸附速率为0.7毫克(As5+)/克(FeOOH)·小时。
实施例3
将950克碱性α-FeOOH纳米粒子的悬浮液(固体含量：5.26克/升FeOOH，1.14％NaOH)在搅拌下与46毫升Al2(SO4)3溶液(100克/升Al2O3)混合，继续搅拌15分钟。在真空过滤装置中洗涤得到的棕色悬浮液，至残余滤液的电导率为1μS/cm，并在干燥箱中于75℃干燥滤饼，至残余水份＜2％。粒化产物至粒度在0.5-2毫米之间，所得颗粒用于吸附砷。
在该产物的X射线衍射谱中，只检测到α-FeOOH，从扫描电子显微照片上可以看到，它以非常短且高度聚集的针状物存在。BET比表面积为102米2/克，30分钟后的磨损值仅为5％。
初始浓度为2.6毫克/升(As3+)的NaAsO2水溶液的吸附速率为2.0毫克(As3+)/克(FeOOH)·小时，初始浓度为2.1毫克/升(As5+)的Na2HAsO4的吸附速率为1.5毫克(As5+)/克(FeOOH)·小时。

Claims (16)

1.一种介质能够流过的装置，其特征在于，它包括由经元素Al、Mg和/或Ti的氧化物和/或羟基氧化物固化的氧化铁和/或羟基氧化铁组成的片状吸附剂/反应剂。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述介质是气体。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述介质是液体。
4.如权利要求1或3所述的装置，其特征在于所述介质是水。
5.包含权利要求1、2或4所述装置的水处理设备。
6.一种制备吸附剂/反应剂的方法，其特征在于
(a)将氧化铝、氧化镁和/或氧化钛或羟基氧化物或它们的老化和次级脱水产物与氧化铁和/或羟基氧化铁包括Fe(OH)2的水悬浮液混合，然后
(b1)干燥悬浮液，形成固态，然后将固态材料用机械方法粉碎成所需形状和/或粒度，或者
(b2)在预干燥后将半固态的悬浮液机械成形，接着进一步干燥形成固态。
7.如权利要求6所述方法，其特征在于，所述氧化铁和/或羟基氧化铁包括α、β、γ、δ、δ’、ε和/或Fe(OH)2相、水合氧化铁相以及它们的中间相和混合相。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，除了氧化铁和/或羟基氧化铁以外还使用碳酸铁，或用碳酸铁代替氧化铁和/或羟基氧化铁。
9.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所用氧化铁和/或羟基氧化铁是透明的颜料。
10.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，为了沉淀氧化铝、氧化镁或氧化钛和/或羟基氧化物，使用选自碳酸盐、氯化物、氟化物、硝酸盐、硫酸盐和硫化物的盐。
11.权利要求6-8中任一项得到的团粒在权利要求1-4中任一项所述的装置中的应用。
12.权利要求6-8中任一项得到的团粒在净化气体方面的应用。
13.权利要求6-8中任一项得到的团粒在净化液体方面的应用。
14.权利要求6-8中任一项得到的团粒在水处理方面的应用。
15.权利要求6-8中任一项得到的团粒在除去水中的重金属和磷化合物、锑化合物、铍化合物、硒化合物、碲化合物和氰化合物方面的应用。
16.权利要求6-8中任一项得到的团粒在除去水中的砷化合物方面的应用。
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