專利名稱：一種富含植物多酚水體凈水用吸附劑的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種富含植物多酚水體凈水用吸附劑的制備方法。
背景技術：
植物多酚類物質是高等植物體內的次生代謝產物，它廣泛存在于植物的皮、根、葉 以及果實中。植物多酚類物質在植物體內的含量僅次于纖維素、半纖維素和木質素。其中， 最為典型的植物多酚物質是單寧酸。在植被覆蓋率高的水域，水體中存在大量單寧酸。此 外，單寧酸也是一種最重要的工業原料，它是鞣革、染料、造紙和絲綢等輕工業的主要原料。 因此，在眾多輕工業企業的廢水中普遍含有大量單寧酸。研究表明，植物多酚類物質單寧酸 在水體中的存在顯著地影響著正常給水處理工藝的除污染效果。單寧酸和腐殖酸等天然有 機物結構極為類似，它的存在可以使水體中的膠體顆粒Zeta電位下降，增加了膠體顆粒的 穩定性，導致常規給水處理混凝工藝的處理效果顯著下降。為了達到除污染的目的，需要顯 著增加混凝劑的投加量。研究表明，當水體中植物多酚類物質單寧酸濃度達到20mg/L時， 混凝劑用量較常規混凝處理工藝需增加4 5倍。混凝劑投量的大幅增加，直接導致水處 理成本增加，出水中殘余鋁濃度偏高。更嚴重的是，經混凝工藝后剩余的植物多酚類物質單 寧酸對消毒工藝也具有顯著的負面影響。有研究報道，單寧酸是鹵代消毒副產物的主要前 軀體。在氯化消毒和氯胺消毒過程中，單寧酸可以誘發生成大量的鹵代消毒副產物，如鹵代 烴和鹵代羧酸。這些消毒副產物將嚴重影響水體的化學安全性。化學預氧化技術對植物多 酚類物質單寧酸的強化去除效果也不理想，反而會對混凝工藝構成負面影響，降低其除污 染能力。硅鐵復合氧化物吸附劑，集成了氧化鐵、羥基氧化鐵和氧化硅等多種形態硅鐵氧 化物的表面特性，充分發揮氧化鐵、羥基氧化鐵和氧化硅的吸附能力，進而提高對水體中植 物多酚類物質單寧酸的去除效果，起到對富含植物多酚類物質單寧酸水體的除污染效果。 鐵和硅也是我國蘊藏豐富的礦物，以鐵和硅為原料構建的高效吸附劑，原料成本低廉。硅 鐵復合氧化物吸附劑采用鐵鹽、硅酸鈉以及堿液共沉淀的方法制備而成，工藝簡單，便于操 作，成本低廉。由此可見，硅鐵復合氧化物吸附劑不僅原料和制備成本低廉，同時其表面性 質獨特，具有較大的比表面積和發達的空隙，為植物多酚類物質單寧酸的強化去除提供了 吸附空間和吸附活性位，是一種具有廣闊應用前景的吸附劑。
發明內容
本發明針對富含植物多酚水體，為解決現有常規給水處理工藝對植物多酚類物質 單寧酸去除效果差、成本高的問題，提出一種富含植物多酚水體凈水用吸附劑的制備方法。本發明提供的吸附劑——娃鐵復合氧化物吸附劑，可以顯著提高常規給水處理工 藝對富含植物多酚水體的除污染效果。與其他吸附劑相比，硅鐵復合氧化物吸附劑對植物 多酚類物質單寧酸的去除效果極佳。同時，硅鐵復合氧化物吸附劑的原料成本低廉，制備工 藝簡單，大大降低吸附劑的制備成本。
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本發明提供的吸附劑——娃鐵復合氧化物吸附劑，其特征在于該吸附劑可用于水 的深度處理工藝中的吸附工藝。針對富含植物多酚水體，提高常規水處理工藝的除污染能 力。該吸附劑是以鐵鹽和硅酸鹽為基礎制備原料，采用堿液進行共沉淀反應，后經老化、干 燥和洗滌等步驟制備出以氧化鐵、羥基氧化鐵及二氧化硅為主要活性成分的硅鐵復合氧化 物吸附劑。硅鐵復合氧化物吸附劑的制備方法按以下步驟實現(1)配制Fe (N03) 3溶液，濃度在0. 08 0. 12mol/L,并于室溫存放；(2)配制Na2Si03溶液，濃度在0. 02 0. 03mol/L,并于室溫存放；(3)將上述兩種原料溶液混合，形成鐵硅比為4 1的復合金屬鹽溶液；(4)將濃度為30%的氨水溶液緩慢逐滴加入上述混合溶液中，使混合液逐步形成 懸濁液，控制滴定終點PH為9. 0-10. 0 ；(5)所形成的懸濁液老化過夜；(6)對上述經老化的懸濁液，進行離心，并在65_75°C下干燥后，得到硅鐵復合氧 化物吸附劑粗體；并將上述粗體，用去離子水反復清洗-靜沉，直到上清液PH和電導率不變 為止；(7)將上述粗體在65-75 °C下干燥后，對樣品進行研磨并過篩，選取粒徑在 0. 075 0. 15mm，得到硅鐵復合氧化物吸附劑。本發明涉及的硅鐵復合氧化物吸附劑對水體中植物多酚類物質單寧酸的去除效 率為80%。其中植物多酚類物質單寧酸濃度為20mg/L，吸附劑濃度為5g/L。吸附劑對植物 多酚類物質單寧酸具有較好的去除效果。附圖內容
圖1是具體實施方式
一得到的高吸附活性的硅鐵復合吸附劑對植物多酚類物質 單寧酸的去除效能圖，其中□表示硅鐵復合吸附劑對植物多酚類物質單寧酸的去除效能， 〇表示天然鋁土礦負載亞鐵吸附劑對植物多酚類物質單寧酸的去除效能。從圖中可以看 出，硅鐵復合吸附劑對植物多酚類物質單寧酸的去除效果較好，顯著優于天然鋁土礦負載 亞鐵吸附劑的除污染效能。
具體實施例方式將硅鐵復合氧化物吸附劑的具體制備步驟進行說明。本發明技術方案不局限于以 下所例舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
見的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式硅鐵復合氧化物吸附劑的制備方法按一下步驟進 行(一)配制Fe (N03) 3溶液，濃度在0. 08 0. 12mol/L,并于室溫存放；(二)配制Na2Si03 溶液，濃度在0. 02 0. 03mol/L,并于室溫存放；(三)將上述兩種原料溶液混合，形成鐵硅 比為4 1的復合金屬鹽溶液；(四)將濃度為30%的氨水溶液緩慢逐滴加入上述混合溶 液中，使混合液逐步形成懸濁液，控制滴定終點PH為9. 0-10.0 ；(五)所形成的懸濁液老化 過夜；(六)對上述經老化的懸濁液，進行離心，并在65-75°C下干燥后，得到硅鐵復合氧化 物吸附劑粗體；并將上述粗體，用去離子水反復清洗-靜沉，直到上清液PH和電導率不變為 止；(七)將上述粗體在65-75°C下干燥后，對樣品進行研磨并過篩，選取粒徑在0. 075 0. 15mm，得到硅鐵復合氧化物吸附劑。
本實施方式中制備而成的硅鋁復合吸附劑對富含植物多酚水體中單寧酸的去除 率在80%以上，可以強化水體中植物多酚類物質單寧酸，起到凈化水質的目的。本實施方式中制備而成的硅鋁復合吸附劑對富含植物多酚水體中單寧酸的去除 率好于現有常規吸附劑，極大地降低了水處理成本，提高了水處理技術的除污染能力。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(一)中Fe (NO3)3 溶液可為FeCl3,濃度在0. 08 0. 12mol/L，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(一)中Fe (NO3)3 溶液可為Fe2 (SO4)3，濃度在0. 04 0. 06mol/L，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(一)中Fe(NO3)3 溶液可為醋酸鐵，濃度在0. 08 0. 12mol/L，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(二)中Na2Si03溶 液可為K2SiO3,濃度在0. 02 0. 03mol/L，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(二)中Na2Si03溶 液可為H2SiO3,濃度在0. 02 0. 03mol/L，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(二)中Na2Si03溶 液可為MgSiO3,濃度在0. 02 0. 03mol/L，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(二)中妝23103溶 液可為CaSiO3,濃度在0. 02 0. 03mol/L，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(一)中Fe (NO3)3 溶液可為FeCl3，步驟(二)中Na2SiO3溶液可SK2SiO3,其它步驟及參數與具體實施方式
一 相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(一)中Fe (NO3)3 溶液可為FeCl3，步驟(二)中Na2SiO3溶液可SH2SiO3,其它步驟及參數與具體實施方式
一 相同。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(一)中 Fe (NO3) 3溶液可為FeCl3,步驟(二)中Na2SiO3溶液可為MgSiO3,其它步驟及參數與具體實 施方式一相同。
具體實施方式
十二本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(一)中 Fe (NO3) 3溶液可為FeCl3,步驟(二)中Na2SiO3溶液可為CaSiO3,其它步驟及參數與具體實 施方式一相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(一)中 Fe (NO3) 3溶液可為Fe2 (SO4) 3，步驟(二)中Na2SiO3溶液可為K2SiO3,其它步驟及參數與具 體實施方式一相同。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(一)中 Fe (NO3) 3溶液可為Fe2 (SO4) 3，步驟(二)中Na2SiO3溶液可為H2SiO3,其它步驟及參數與具 體實施方式一相同。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(一)中 Fe (NO3) 3溶液可為Fe2 (SO4) 3，步驟(二)中Na2SiO3溶液可為MgSiO3,其它步驟及參數與具 體實施方式一相同。
具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(一)中 Fe (NO3) 3溶液可為Fe2 (SO4) 3，步驟(二)中Na2SiO3溶液可為CaSiO3,其它步驟及參數與具 體實施方式一相同。
具體實施方式
十七本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(一)中 Fe (NO3)3溶液可為醋酸鐵，步驟(二)中Na2SiO3溶液可SK2SiO3，其它步驟及參數與具體實 施方式一相同。
具體實施方式
十八本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(一)中 Fe (NO3)3溶液可為醋酸鐵，步驟(二)中Na2SiO3溶液可SH2SiO3，其它步驟及參數與具體實 施方式一相同。
具體實施方式
十九本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(一)中 Fe (NO3)3溶液可為醋酸鐵，步驟(二)中Na2SiO3溶液可為MgSiO3，其它步驟及參數與具體 實施方式一相同。
具體實施方式
二十本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(一)中 Fe (NO3)3溶液可為醋酸鐵，步驟(二)中Na2SiO3溶液可為CaSiO3，其它步驟及參數與具體 實施方式一相同。
具體實施方式
二十一本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(一)中 Fe(NO3)3溶液，濃度為0.04 0.06mol/L;步驟(二)中Na2SiO3溶液，濃度為0.01 0. 015mol/L，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
二十二本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(一)中 Fe(NO3)3溶液，濃度為0. 02 0. 03mol/L ；步驟(二)中Na2SiO3溶液，濃度為0. 005 0. 007mol/L，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
二十三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(一)中 Fe (NO3) 3溶液，濃度為0. 16 0. 24mol/L ；步驟(二)中Na2SiO3溶液，濃度為0. 04 0. 06mol/L，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
二十三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(一)中 Fe (NO3) 3溶液，濃度為0. 32 0. 48mol/L ；步驟(二)中Na2SiO3溶液，濃度為0. 08 0. 12mol/L，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
二十四本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(四)中30% 的氨水溶液可為0. 5%氫氧化鈉溶液，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
二十五本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(四)中30% 的氨水溶液可為0. 5%氫氧化鉀溶液，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
二十六本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(四)中滴定 終點PH可為9. 5-10. 0，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
二十七本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(四)中滴定 終點PH可為9. 0-9. 5，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
二十八本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(五)中老化 時間可為10小時，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
二十九本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(五)中老化 時間可為12小時，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三十本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(五)中老化時 間可為14小時，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三十一本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟 溫度可為65°C，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三十二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟 溫度可為70°C，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三十三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟 溫度可為75°C，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三十四本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟 溫度可為65°C，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三十五本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟 溫度可為70°C，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三十六本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟 溫度可為75°C，其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。本實施方式得到的高活性硅鐵復合氧化物是一種高性能吸附劑，對富含植物多酚 物質的水體具有較好的除污染效果。從圖1中可以發現應用硅鐵復合氧化物可以使單寧酸 的去除率達到80%以上，較常規吸附劑提高40個百分點。本發明涉及的硅鐵復合氧化物吸 附劑具有比表面積357. 37m2/g，孔容積0. 234ml/g，平均孔徑為262. 39nm的天然屬性。
權利要求
一種可用于富含植物多酚水體凈水用吸附劑的制備方法，其特征在于該吸附劑可用于給水深度處理技術，并可以十分有效的去除水中存在的植物多酚類物質單寧酸。
2.根據權利要求1所述可用于富含植物多酚水體凈水用吸附劑的制備方法，其特征在 于吸附劑是以鐵鹽和硅酸鹽為關鍵活性組分，采用氨水堿液進行共沉淀，形成以鐵氧化物 和硅氧化物為活性組分的復合金屬氧化物。
3.根據權利要求1所述的可用于富含植物多酚水體凈水用吸附劑的制備方法，其特 征在于吸附劑的比表面積為350. 37 360. 37m2/g，總孔容為0. 2 0. 4ml/g，平均孔徑為 260.39 264. 39nm。
4.根據權利要求所述的可用于富含植物多酚水體凈水用吸附劑的制備方法，其特征在 于所說的制備方法可通過以下幾個步驟實現(1)配制Fe(N03) 3溶液，濃度在0. 08 0. 12mol/L,并于室溫存放；(2)配制Na2Si03溶液，濃度在0.02 0. 03mol/L,并于室溫存放；(3)將上述兩種原料溶液混合，形成鐵硅比為4 1的復合金屬鹽溶液；(4)將濃度為30%的氨水溶液緩慢逐滴加入上述混合溶液中，使混合液逐步形成懸濁 液，控制滴定終點PH為9. 0-10. 0 ；(5)所形成的懸濁液老化過夜；(6)對上述經老化的懸濁液，進行離心，并在65-75°C下干燥后，得到硅鐵復合氧化物 吸附劑粗體；并將上述粗體，用去離子水反復清洗-靜沉，直到上清液PH和電導率不變為 止；(7)將上述粗體在65-75°C下干燥后，對樣品進行研磨并過篩，選取粒徑在0.075 0. 15mm，得到硅鐵復合氧化物吸附劑。
5.如權利要求4所述的制備方法，其中，步驟(1)中的Fe(N03)3溶液可為FeCl3、 Fe2(S04)3、或醋酸鐵溶液。
6.如權利要求4所述的制備方法，其中，步驟⑵中的Na2Si03溶液可*K2Si03、H2Si03、 MgSi03 或 CaSi03 溶液。
7.如權利要求4所述的制備方法，其中，步驟(4)中30%的氨水溶液可為0.5%的氫氧 化鈉或氫氧化鉀。
8.如權利要求1所述可用于富含植物多酚水體凈水用吸附劑的制備方法，其特征在于 該吸附劑可用于富含植物多酚水體凈水用，也可用于強化去除水體中存在的植物多酚類物 質單寧酸、兒茶酚、腐殖酸等物質。
全文摘要
本發明提供了一種用于凈化富含植物多酚水體吸附劑的制備方法，屬于水處理技術和環境功能材料領域。該吸附劑的性狀為粉末，由亞鐵和硅的復合氧化物構成活性吸附組分。本發明解決了現有水處理工藝對富含植物多酚水體除污染效果差、成本高的問題。本發明利用亞鐵、硅和堿液共沉淀反應，再經老化、烘干、洗滌等過程，制備出具有高比表面積、高孔隙度的介孔材料。由于亞鐵硅復合氧化物吸附劑，具備較高的比表面積和高孔隙度，為植物多酚在其表面的吸附提供了吸附位點和空間，實現了對植物多酚水體的凈化作用。作為一種水深度處理技術，亞鐵硅復合氧化物吸附劑制備工藝簡單、成本低廉，且除植物多酚污染效果好，這些優點有利于亞鐵硅復合氧化物吸附劑在凈化富含植物多酚水體中的有機污染物，提高常規水處理技術的凈化效果，為富含植物多酚水體的凈化提供一種新型、高效、價廉的水處理吸附劑。
文檔編號C02F1/28GK101912765SQ20101027366
公開日2010年12月15日 申請日期2010年9月7日 優先權日2010年9月7日
發明者史鵬博, 孫德智, 張立秋, 徐冰冰, 齊飛 申請人:北京林業大學