專利名稱：高活性氧化鐵吸附劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鐵吸附劑及其制備方法，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
環(huán)境水體中過量的磷與其它過剩營養(yǎng)元素一起造成水體的富營養(yǎng)化，通過去除水體中的磷來防止富營養(yǎng)化發(fā)生的方法被證明是最長期有效的方法。常規(guī)的廢水生物除磷法及化學(xué)沉淀除磷法各自存在操作條件嚴(yán)格、產(chǎn)生二次污染、不能回收磷資源等缺陷；而吸附除磷法具有操作簡單可靠、吸附劑可循環(huán)利用及磷資源可再生利用等優(yōu)點(diǎn)。
在吸附法除磷工藝中，常用活性氧化鋁作為吸附劑。但是活性氧化鋁具有以下不足吸附容量較低，適用的優(yōu)化pH值范圍較窄，其最優(yōu)操作pH值為3，在此pH值下鋁離子有溶出傾向，并且溶出的鋁離子具有慢性生物毒性。因此引發(fā)國內(nèi)外對非鋁類特別是以鐵氧化物為本體材料的復(fù)合吸附劑的研究，例如鐵基水滑石狀鐵-鈣、鐵-鎂復(fù)合氧化物吸附劑，以及鐵-鈰復(fù)合氧化物吸附劑等。上述新型吸附劑雖然各有優(yōu)點(diǎn)，但仍然存在著或者是吸附容量相對較低，或者是有金屬離子溶出，或者是原材料成本較高等問題。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種高活性的活性氧化鐵吸附劑及其制備方法和在污水處理中的應(yīng)用。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種高活性的氧化鐵吸附劑，其特征在于該氧化鐵吸附劑可用下述方法制得(1).以水溶性羥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).將水溶性三價(jià)無機(jī)鐵鹽按摩爾濃度0.2～1.5M的化學(xué)計(jì)量加入前述高分子水溶液中，制成混合溶液，攪拌使其完全溶解；(3).在攪拌的情況下，加入濃度為1.0～10.0M的強(qiáng)堿溶液，得到沉淀產(chǎn)物；(4).對所得沉淀產(chǎn)物進(jìn)行水洗、脫水、干燥后，即得到高活性的氧化鐵吸附劑。
一種高活性的氧化鐵吸附劑的制備方法，該方法按如下步驟進(jìn)行(1)以水溶性羥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)將水溶性三價(jià)無機(jī)鐵鹽按摩爾濃度0.2～1.5M的化學(xué)計(jì)量加入前述高分子水溶液中，制成混合溶液，攪拌使其完全溶解；(3)在攪拌的情況下，加入濃度為1.0～10.0M的強(qiáng)堿溶液，得到沉淀產(chǎn)物；(4)對所得沉淀產(chǎn)物進(jìn)行水洗、脫水、干燥后，即得到高活性的氧化鐵吸附劑。
上述步驟(3)中在加入強(qiáng)堿溶液時(shí)，應(yīng)控制反應(yīng)溶液的pH值在2.5～5.5之間。
本發(fā)明中所述的三價(jià)無機(jī)鐵鹽為氯化鐵、硝酸鐵或硫酸鐵。
本發(fā)明所述的高活性的氧化鐵吸附劑作為去除廢水及環(huán)境水體中過剩磷的應(yīng)用。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果所提供的吸附劑吸附容量高，其單位重量吸附量為活性氧化鋁的1.2～2.0倍；吸附劑密度大，堆密度是活性氧化鋁的1.5～2.1倍，這意味著可以使用較少的吸附劑量，并且使得填充體積較?。贿m用pH范圍寬，常溫下優(yōu)化pH范圍為2～7；鐵離子溶出符合各類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，無其它金屬離子溶出問題；吸附劑可以多次吸附—解吸—再生復(fù)用循環(huán)，吸附容量穩(wěn)定，吸附劑損失較少，可使操作周期加長，操作費(fèi)用降低。
具體實(shí)施例方式
以聚合度為40-50,000的水溶性羥基聚合物或水溶性酰胺基聚合物配制0.1～2.0wt％的水溶液；將水溶性三價(jià)無機(jī)鐵鹽(如氯化鐵、硝酸鐵或硫酸鐵等)，按著摩爾濃度0.2～2.0M的化學(xué)計(jì)量加入前述高分子水溶液中，攪拌使其完全溶解；然后在攪拌的情況下，加入濃度為1.0～10.0M的強(qiáng)堿溶液，加入量以控制反應(yīng)pH值為2.5～5.5為宜，通過一定時(shí)間的攪拌使得pH值保持不變及沉淀充分分散后，得到沉淀產(chǎn)物。對上述沉淀產(chǎn)物經(jīng)過水洗、脫水、干燥工序后，即可獲得高活性氧化鐵吸附劑吸附劑。
實(shí)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，用該溶液溶解FeCl3配制FeCl3濃度1.5M的混合溶液。在常溫?cái)嚢柘掠?0M的NaOH溶液對混合溶液進(jìn)行沉淀反應(yīng)，控制反應(yīng)末態(tài)pH值為2.5，攪拌30分鐘使反應(yīng)進(jìn)行完全。對沉淀進(jìn)行水洗、脫水、干燥，得吸附劑試樣1。通過比表面積測定，該吸附劑試樣比表面積為165.6m2/g，高于普通水合氧化鐵40％；X射線衍射結(jié)果顯示該吸附劑為完全無定型態(tài)物質(zhì)。
將試樣1用于對磷酸鹽溶液中磷的吸附。在溫度為25℃，初始pH為3.0，初始磷濃度50mg/L的條件下進(jìn)行吸附試驗(yàn)。對兩個(gè)100ml水樣分別加入0.1g試樣1及0.1g活性粉末氧化鋁，吸附平衡后測得的吸附量分別為試樣137.9mg-P/g；粉末活性氧化鋁27.8mg-P/g。試樣1為活性氧化鋁單位重量吸附量的1.36倍。試樣1的堆密度為1.33，約為顆?；钚匝趸X的1.9倍，該實(shí)施例中試樣1單位體積吸附量約為活性氧化鋁的1.81倍。
實(shí)施例2配制0.1wt％的PVA溶液，用該溶液溶解Fe2(SO4)3配制濃度0.2M的混合溶液。在常溫?cái)嚢柘掠?M的KOH溶液對混合溶液進(jìn)行沉淀反應(yīng)，控制反應(yīng)末態(tài)pH值為3.5，攪拌30分鐘反應(yīng)進(jìn)行完全。對沉淀進(jìn)行水洗、脫水、干燥，得吸附劑試樣2。
將試樣2用于對磷酸鹽溶液中磷的吸附。在溫度為25℃，初始pH為5.0，初始磷濃度50mg/L的條件下進(jìn)行吸附試驗(yàn)。對兩個(gè)100ml水樣分別加入0.1g試樣2及0.1g活性粉末氧化鋁，吸附平衡后測得的吸附量分別為試樣228.9mg-P/g；粉末活性氧化鋁22.6mg-P/g。試樣2為活性氧化鋁單位重量吸附量的1.28倍。試樣2的堆密度為1.30，約為顆粒活性氧化鋁的1.85倍。
實(shí)施例3以平均分子量為300萬(聚合度43,000)的PAM配制2.0wt％的水溶液，用該溶液溶解Fe(NO3)3配制濃度0.5M的混合溶液。在常溫?cái)嚢柘掠?M的NaOH溶液對混合溶液進(jìn)行水解沉淀反應(yīng)，控制反應(yīng)末態(tài)pH值為4.5，攪拌30分鐘反應(yīng)進(jìn)行完全。對沉淀進(jìn)行水洗、脫水、干燥，得吸附劑試樣3。
將試樣3用于對磷酸鹽溶液中磷的吸附。在溫度為25℃，初始pH為5，初始磷濃度50mg/L的條件下進(jìn)行吸附試驗(yàn)。對100ml水樣為達(dá)到0.5mg/L的終態(tài)平衡濃度，分別需要投加0.278g試樣3以及0.934g粉末活性氧化鋁，試樣3用量為活性氧化鋁的29.8％。試樣3的堆密度為1.47，約為活性氧化鋁的2.1倍，該實(shí)施例中試樣3的吸附劑體積是活性氧化鋁的14.2％。
實(shí)施例4對試樣1至試樣3在pH＝3的酸性溶液中進(jìn)行溶解試驗(yàn)，溶解24h后檢測溶液色度，三者均為無色，低于綜合廢水一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，鐵離子溶解試驗(yàn)合格。
實(shí)施例5取吸附劑試樣1進(jìn)行5個(gè)周期的吸附/解吸/再生循環(huán)試驗(yàn)，除前兩個(gè)周期吸附容量有約15％的降低，后三個(gè)周期吸附容量基本穩(wěn)定，循環(huán)使用效果良好。
對比實(shí)施例6(對比實(shí)施例)取吸附劑試樣1和粉末活性氧化鋁分別在pH＝3和pH＝9下進(jìn)行實(shí)施例1的試驗(yàn)。結(jié)果顯示pH＝3時(shí)前者是后者單位重量吸附量的1.36倍；pH＝9時(shí)前者是后者單位重量吸附量的1.91倍。
權(quán)利要求
1.一種高活性的氧化鐵吸附劑，其特征在于該氧化鐵吸附劑可用下述方法制得(1).以水溶性羥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).將水溶性三價(jià)無機(jī)鐵鹽按摩爾濃度0.2～1.5M的化學(xué)計(jì)量加入前述高分子水溶液中，制成混合溶液，攪拌使其完全溶解；(3).在攪拌的情況下，加入濃度為1.0～10.0M的強(qiáng)堿溶液，得到沉淀產(chǎn)物；(4).對所得沉淀產(chǎn)物進(jìn)行水洗、脫水、干燥后，即得到高活性的氧化鐵吸附劑。
2.一種高活性的氧化鐵吸附劑的制備方法，其特征在于該方法按如下步驟進(jìn)行(1).以水溶性羥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).將水溶性三價(jià)無機(jī)鐵鹽按摩爾濃度0.2～1.5M的化學(xué)計(jì)量加入前述高分子水溶液中，制成混合溶液，攪拌使其完全溶解；(3).在攪拌的情況下，加入濃度為1.0～10.0M的強(qiáng)堿溶液，得到沉淀產(chǎn)物；(4).對所得沉淀產(chǎn)物進(jìn)行水洗、脫水、干燥后，即得到高活性的氧化鐵吸附劑。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(3)中反應(yīng)溶液的pH值控制在2.5～5.5之間。
4.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(1)中所述的水溶性羥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.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的三價(jià)無機(jī)鐵鹽為氯化鐵、硝酸鐵或硫酸鐵。
6.如權(quán)利要求1所述的高活性的氧化鐵吸附劑作為去除廢水及環(huán)境水體中過剩的磷的應(yīng)用。
全文摘要
高活性氧化鐵吸附劑及其制備方法，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以可溶性三價(jià)無機(jī)鐵鹽、堿以及水溶性羥基聚合物或水溶性酰胺基聚合物為原材料，在常溫下通過溶液沉淀反應(yīng)的方法合成鐵氧化物沉淀物質(zhì)，然后通過水洗、脫水、干燥后，獲得高活性氧化鐵吸附劑。由此方法制備的吸附劑，吸附容量是活性氧化鋁的1.2～2.0倍，吸附劑堆密度是活性氧化鋁的1.5～2.1倍，并具有原料價(jià)格低，循環(huán)再生性能好等優(yōu)點(diǎn)，可使吸附除磷工藝的吸附劑填充容積減小，操作周期加長，操作費(fèi)用降低，而且制備工藝簡單。
文檔編號(hào)B01J20/06GK1486783SQ03153998
公開日2004年4月7日 申請日期2003年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月22日
發(fā)明者黃霞, 丁文明, 黃 霞 申請人:清華大學(xué)