CN1486783A - 高活性氧化铁吸附剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

高活性氧化铁吸附剂及其制备方法，属于水处理技术领域。本发明以可溶性三价无机铁盐、碱以及水溶性羟基聚合物或水溶性酰胺基聚合物为原材料，在常温下通过溶液沉淀反应的方法合成铁氧化物沉淀物质，然后通过水洗、脱水、干燥后，获得高活性氧化铁吸附剂。由此方法制备的吸附剂，吸附容量是活性氧化铝的1.2～2.0倍，吸附剂堆密度是活性氧化铝的1.5～2.1倍，并具有原料价格低，循环再生性能好等优点，可使吸附除磷工艺的吸附剂填充容积减小，操作周期加长，操作费用降低，而且制备工艺简单。

Description

高活性氧化铁吸附剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种氧化铁吸附剂及其制备方法，属于水处理技术领域。
背景技术
环境水体中过量的磷与其它过剩营养元素一起造成水体的富营养化，通过去除水体中的磷来防止富营养化发生的方法被证明是最长期有效的方法。常规的废水生物除磷法及化学沉淀除磷法各自存在操作条件严格、产生二次污染、不能回收磷资源等缺陷；而吸附除磷法具有操作简单可靠、吸附剂可循环利用及磷资源可再生利用等优点。
在吸附法除磷工艺中，常用活性氧化铝作为吸附剂。但是活性氧化铝具有以下不足：吸附容量较低，适用的优化pH值范围较窄，其最优操作pH值为3，在此pH值下铝离子有溶出倾向，并且溶出的铝离子具有慢性生物毒性。因此引发国内外对非铝类特别是以铁氧化物为本体材料的复合吸附剂的研究，例如铁基水滑石状铁-钙、铁-镁复合氧化物吸附剂，以及铁-铈复合氧化物吸附剂等。上述新型吸附剂虽然各有优点，但仍然存在着或者是吸附容量相对较低，或者是有金属离子溶出，或者是原材料成本较高等问题。
发明内容
针对现有技术的不足和缺陷，本发明的目的是提供一种高活性的活性氧化铁吸附剂及其制备方法和在污水处理中的应用。
本发明的技术方案如下：
一种高活性的氧化铁吸附剂，其特征在于：该氧化铁吸附剂可用下述方法制得：
(1).以水溶性羟基聚合物或水溶性酰胺基聚合物配制0.1～2.0wt％的水溶液；
(2).将水溶性三价无机铁盐按摩尔浓度0.2～1.5M的化学计量加入前述高分子水溶液中，制成混合溶液，搅拌使其完全溶解；
(3).在搅拌的情况下，加入浓度为1.0～10.0M的强碱溶液，得到沉淀产物；
(4).对所得沉淀产物进行水洗、脱水、干燥后，即得到高活性的氧化铁吸附剂。
一种高活性的氧化铁吸附剂的制备方法，该方法按如下步骤进行：
(1)以水溶性羟基聚合物或水溶性酰胺基聚合物配制0.1～2.0wt％的水溶液；
(2)将水溶性三价无机铁盐按摩尔浓度0.2～1.5M的化学计量加入前述高分子水溶液中，制成混合溶液，搅拌使其完全溶解；
(3)在搅拌的情况下，加入浓度为1.0～10.0M的强碱溶液，得到沉淀产物；
(4)对所得沉淀产物进行水洗、脱水、干燥后，即得到高活性的氧化铁吸附剂。
上述步骤(3)中在加入强碱溶液时，应控制反应溶液的pH值在2.5～5.5之间。
本发明中所述的三价无机铁盐为氯化铁、硝酸铁或硫酸铁。
本发明所述的高活性的氧化铁吸附剂作为去除废水及环境水体中过剩磷的应用。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：所提供的吸附剂吸附容量高，其单位重量吸附量为活性氧化铝的1.2～2.0倍；吸附剂密度大，堆密度是活性氧化铝的1.5～2.1倍，这意味着可以使用较少的吸附剂量，并且使得填充体积较小；适用pH范围宽，常温下优化pH范围为2～7；铁离子溶出符合各类水质标准，无其它金属离子溶出问题；吸附剂可以多次吸附—解吸—再生复用循环，吸附容量稳定，吸附剂损失较少，可使操作周期加长，操作费用降低。
具体实施方式
以聚合度为40-50,000的水溶性羟基聚合物或水溶性酰胺基聚合物配制0.1～2.0wt％的水溶液；将水溶性三价无机铁盐(如氯化铁、硝酸铁或硫酸铁等)，按着摩尔浓度0.2～2.0M的化学计量加入前述高分子水溶液中，搅拌使其完全溶解；然后在搅拌的情况下，加入浓度为1.0～10.0M的强碱溶液，加入量以控制反应pH值为2.5～5.5为宜，通过一定时间的搅拌使得pH值保持不变及沉淀充分分散后，得到沉淀产物。对上述沉淀产物经过水洗、脱水、干燥工序后，即可获得高活性氧化铁吸附剂吸附剂。
实施例1
以平均分子量1,845(聚合度42)的PVA配制0.2wt％的水溶液，用该溶液溶解FeCl3配制FeCl3浓度1.5M的混合溶液。在常温搅拌下用10M的NaOH溶液对混合溶液进行沉淀反应，控制反应末态pH值为2.5，搅拌30分钟使反应进行完全。对沉淀进行水洗、脱水、干燥，得吸附剂试样1。通过比表面积测定，该吸附剂试样比表面积为165.6m2/g，高于普通水合氧化铁40％；X射线衍射结果显示该吸附剂为完全无定型态物质。
将试样1用于对磷酸盐溶液中磷的吸附。在温度为25℃，初始pH为3.0，初始磷浓度50mg/L的条件下进行吸附试验。对两个100ml水样分别加入0.1g试样1及0.1g活性粉末氧化铝，吸附平衡后测得的吸附量分别为：试样1：37.9mg-P/g；粉末活性氧化铝：27.8mg-P/g。试样1为活性氧化铝单位重量吸附量的1.36倍。试样1的堆密度为1.33，约为颗粒活性氧化铝的1.9倍，该实施例中试样1单位体积吸附量约为活性氧化铝的1.81倍。
实施例2
配制0.1wt％的PVA溶液，用该溶液溶解Fe2(SO4)3配制浓度0.2M的混合溶液。在常温搅拌下用1M的KOH溶液对混合溶液进行沉淀反应，控制反应末态pH值为3.5，搅拌30分钟反应进行完全。对沉淀进行水洗、脱水、干燥，得吸附剂试样2。
将试样2用于对磷酸盐溶液中磷的吸附。在温度为25℃，初始pH为5.0，初始磷浓度50mg/L的条件下进行吸附试验。对两个100ml水样分别加入0.1g试样2及0.1g活性粉末氧化铝，吸附平衡后测得的吸附量分别为：试样2：28.9mg-P/g；粉末活性氧化铝：22.6mg-P/g。试样2为活性氧化铝单位重量吸附量的1.28倍。试样2的堆密度为1.30，约为颗粒活性氧化铝的1.85倍。
实施例3
以平均分子量为300万(聚合度43,000)的PAM配制2.0wt％的水溶液，用该溶液溶解Fe(NO3)3配制浓度0.5M的混合溶液。在常温搅拌下用5M的NaOH溶液对混合溶液进行水解沉淀反应，控制反应末态pH值为4.5，搅拌30分钟反应进行完全。对沉淀进行水洗、脱水、干燥，得吸附剂试样3。
将试样3用于对磷酸盐溶液中磷的吸附。在温度为25℃，初始pH为5，初始磷浓度50mg/L的条件下进行吸附试验。对100ml水样为达到0.5mg/L的终态平衡浓度，分别需要投加0.278g试样3以及0.934g粉末活性氧化铝，试样3用量为活性氧化铝的29.8％。试样3的堆密度为1.47，约为活性氧化铝的2.1倍，该实施例中试样3的吸附剂体积是活性氧化铝的14.2％。
实施例4对试样1至试样3在pH＝3的酸性溶液中进行溶解试验，溶解24h后检测溶液色度，三者均为无色，低于综合废水一级排放标准，铁离子溶解试验合格。
实施例5
取吸附剂试样1进行5个周期的吸附/解吸/再生循环试验，除前两个周期吸附容量有约15％的降低，后三个周期吸附容量基本稳定，循环使用效果良好。
对比实施例6(对比实施例)
取吸附剂试样1和粉末活性氧化铝分别在pH＝3和pH＝9下进行实施例1的试验。结果显示pH＝3时前者是后者单位重量吸附量的1.36倍；pH＝9时前者是后者单位重量吸附量的1.91倍。

Claims (6)

1.一种高活性的氧化铁吸附剂，其特征在于：该氧化铁吸附剂可用下述方法制得：
(1).以水溶性羟基聚合物或水溶性酰胺基聚合物配制0.1～2.0wt％的水溶液；
(2).将水溶性三价无机铁盐按摩尔浓度0.2～1.5M的化学计量加入前述高分子水溶液中，制成混合溶液，搅拌使其完全溶解；
(3).在搅拌的情况下，加入浓度为1.0～10.0M的强碱溶液，得到沉淀产物；
(4).对所得沉淀产物进行水洗、脱水、干燥后，即得到高活性的氧化铁吸附剂。
2.一种高活性的氧化铁吸附剂的制备方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：
(1).以水溶性羟基聚合物或水溶性酰胺基聚合物配制0.1～2.0wt％的水溶液；
(2).将水溶性三价无机铁盐按摩尔浓度0.2～1.5M的化学计量加入前述高分子水溶液中，制成混合溶液，搅拌使其完全溶解；
(3).在搅拌的情况下，加入浓度为1.0～10.0M的强碱溶液，得到沉淀产物；
(4).对所得沉淀产物进行水洗、脱水、干燥后，即得到高活性的氧化铁吸附剂。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(3)中反应溶液的pH值控制在2.5～5.5之间。
4.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的水溶性羟基聚合物采用聚乙烯醇；水溶性酰胺基聚合物采用聚丙烯酰胺。
5.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的三价无机铁盐为氯化铁、硝酸铁或硫酸铁。
6.如权利要求1所述的高活性的氧化铁吸附剂作为去除废水及环境水体中过剩的磷的应用。
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