專利名稱：一種飲用水除砷(iii)納米光催化氧化劑的制備方法
技術領域：
本發明涉及水體中As(III)的光催化氧化劑的制備方法，具體地說是對As (III)氧化去除的一種負載型納米光催化氧化劑的制備方法。
背景技術：
砷是致癌、致突變因子，對動物還有致畸作用，長期的砷暴露可引起黑腳病、神經痛、血管損傷、增加心臟病發病以及導致皮膚、肺、肝臟、膀胱及前列腺等器官癌變等。人體對砷的攝入途徑主要是通過食物和飲用水，其中消化系統對砷的吸收是最重要的途徑。，因此飲水除砷是防治地方性砷中毒的有效措施。世界衛生組織1993年重新修訂飲用水砷的 最高允許濃度，確定為10 u g L'歐盟和美國已經重新制定了飲用水砷含量標準,飲用水砷的最高允許濃度從50 Ug-T1下降至10 Ug-T10新的衛生標準對砷的去除和工藝提出了更高要求。飲用水中的砷主要包括五價砷As ( V )和三價砷As (III)，其中As (III)具有更強的毒性。某些地區地下水中As (III)的含量相對較高，可達70%以上。在眾多除砷技術中，吸附法由于效率高、處理流量大，操作簡便、成本低等特點而被廣泛應用在飲水的凈化除砷。然而現有吸附劑一般對As(V)的吸附性較好，而對As (III)的吸附性能較差，因此對As(III)的去除是飲用水除砷的一個難點。一些工藝通過添加氧化劑將飲用水中的As (III)預氧化為As( V )，再用吸附劑去除以達到有效去除砷的目的，常用的氧化劑有高錳酸鉀、合成海綠石、次氯酸鈉、臭氧、氯氣、過氧化氫、高鐵酸鹽等，然而這些方法均存在一定的局限性。為適應新飲水中砷的安全標準，需要尋找更有效的As (III)氧化方法。最近的一些研究表明，納米TiO2光催化劑可將AsUII)有效氧化為As( V)。雖然納米打02具有比表面大、反應活性好等優點，但存在易凝聚、處理后催化劑分離回收困難及光的穿透深度低等缺點，使得該方法很難實用化。開發負載型光催化材料可克服上述缺點，即把對As (III)具有較好光催化氧化性能的金屬氧化物負載于多孔材料。關于負載型納米TiO2光催化降解有機污染物已有較多研究，但活性碳纖維負載納米TiO2在飲用水As (III)氧化領域中尚未被廣泛應用。
發明內容
本發明的目的在于提供一種飲用水除砷(III )納米光催化氧化劑的制備方法，利用納米TiO2具有比表面積大、活性高等特點，把納米TiO2負載到活性炭纖維的表面及內部，研制出成本相對低廉，氧化性能高的綠色環保氧化劑。氧化劑僅含有碳、鈦、氧三種常見元素，對人體健康沒有風險。本發明的技術方案為
一種飲用水除砷(III )納米光催化氧化劑的制備方法，按如下步驟操作
①選取孔體積為0. 100-0. 500 cm3/g的市售活性炭纖維，先在去離子水中煮沸3_5 h，超聲處理60-120 min，100-120°C真空干燥24 h ；
②在鈦鹽中加入無水醇，鈦鹽與無水醇體積比為1:2;
③磁力攪拌下滴入穩定劑乙酰丙酮和緩釋劑冰醋酸，穩定劑、緩釋劑和鈦鹽的體積比約為2:3:4 ；
按鈦鹽、無水醇、水體積比1:4:1滴加無水醇和水的混合液；滴加完畢后,超聲振蕩I 3 h，靜置24 72 h ；
5室溫下，將10 20 g預處理的活性碳纖維放入已制備好的100 200 mL 二氧化鈦溶K中浸潰12 48 h，蒸干溶劑，氮氣保護下在馬弗爐中煅燒I 2 h得產品。所述的一種飲用水除砷(III )納米光催化氧化劑的制備方法，其所述鈦鹽為硫酸氧鈦、鈦酸四丁酯、四氯化鈦。 所述的一種飲用水除砷(III )納米光催化氧化劑的制備方法，其所述醇溶液為C1-C6 一元醇、C2-C8的低碳2-4元醇。所述的一種飲用水除砷(III )納米光催化氧化劑的制備方法，其所述一元醇為乙醇或丙醇；低碳2-4元醇為乙二醇或丙三醇。本發明具有如下優點
I.氧化速率快，本發明氧化劑(2. 0 g/L)可在60 min內將4 mg-I/1的As (III)全部氧化。2.制備方法簡單，成本低廉。①反應條件溫和在常溫常壓下反應，一般實驗室、中小企業即可制備，不會發生燃燒、爆炸等危險情況。②氧化劑本身安全、經濟，不含有危害元素。本氧化劑主要成分為鈦(及其氧化物)、炭，對人體健康沒有危害。即使發生意外情況(如地震、海嘯、龍卷風等人力不可抗拒因素)，氧化劑出現泄漏進入公共飲用水源系統，也不會對水源造成污染。③投資成本低，易轉化投產。本氧化劑生產所需設備簡單，投資小，一般中小企業即可實現批量生產。而高砷地區常常經濟相對落后，這一點特別有現實意義和經濟意義。3.本發明氧化劑應用壽命長，易于再生。與市售的其它氧化劑相比，該氧化劑不但使用壽命長，而且容易再生，再生后氧化能力可高達原氧化能力的91. 7%以上，大大提高了該氧化劑的經濟性能。4氧化劑儲存、運輸方便。本發明氧化劑體積小,安全穩定,易于儲存、運輸。
圖I為納米光催化氧化劑用量對As (III )氧化率的影響分析 圖2為納米光催化氧化劑循環使用次數對As (III )氧化率的影響分析圖。
具體實施例方式本發明經過多次試驗，As (HI)氧化效果較好。下面結合附圖對本發明作進一步具體的描述，但本發明的實施并不限于此。
實施例I
選用材料為選擇孔體積為0. 503 cm3/g的活性碳纖維，單醇(C1-C6X低碳多醇系列(C1-C10),乙酰丙酮，冰醋酸，去離子水，惰性氣體(常見)等。具體步驟為
(1)選取市售的孔體積為0.503 cm3/g的活性碳纖維材料，沸水(去離子水)中煮3 h，超聲處理60 min ；
(2)在室溫下，在裝有磁力攪拌器、活性炭纖維、滴液漏斗的250mL的三口瓶中，加入20 mL鈦酸四丁酯溶于40 mL無水乙醇,磁力攪拌下滴加入10 mL乙酰丙酮和15 mL冰醋酸，再加入80 mL無水醇溶液和15 mL水的混合液。
(3)滴加完畢后超聲振蕩2 h，靜置48 h。(4)稱取已預處理的活性碳纖維15 g，放入已制備好的150 mL TiO2溶膠中浸潰48 h后，80°C蒸干溶劑，干燥12 h。(5)在氮氣保護下馬弗爐中煅燒2 h，溫度為500°C。(6) As (III )初始濃度為4 mg/L, pH值為8條件下分別加入0. 5，I. 0，I. 5 g/L納米光催化氧化劑進行As (III )氧化試驗。從附圖I可以看出納米光催化氧化劑用量對As (III )氧化的效果有顯著區別，隨著光催化氧化劑用量的增加，As (III )氧化率升高，當光催化氧化劑用量為1.5 g/L時，4 mg/L砷(III )可在60min內被完全氧化。實施例2
選用材料為選擇孔體積為0. 503 cm3/g的活性碳纖維，單醇(C1-C6X低碳多醇系列(C1-C10),乙酰丙酮，冰醋酸，去離子水，惰性氣體(常見)等。具體步驟為
(1)選取市售的孔體積為0.503 cm3/g的活性碳纖維材料，沸水(去離子水)中煮3 h， 超聲處理60 min ；
(2)在室溫下，在裝有磁力攪拌器、活性炭纖維、滴液漏斗的250mL的三口瓶中，加入20 mL鈦酸四丁酯溶于40 mL無水乙醇,磁力攪拌下滴加入10 mL乙酰丙酮和15 mL冰醋酸，再加入80 mL無水醇溶液和15 mL水的混合液。(3)滴加完畢后超聲振蕩2 h，靜置48 h。(4)稱取已預處理的活性碳纖維15 g，放入已制備好的150 mL TiO2溶膠中浸潰48 h后，80°C蒸干溶劑，干燥12 h。(5)在氮氣保護下馬弗爐中煅燒2 h，溫度為500°C。(6)As(III )初始濃度為4 mg/L,光催化氧化劑用量為I. 5 g/L, pH值為8條件下進行光催化氧化劑的循環氧化As (III )試驗。從附圖2可以看出該納米光催化氧化劑在循環使用四次后仍具有較高的As (III)氧化能力，在120 min內As (III)的氧化率仍在88%以上。故本試驗研制的納米光催化氧化劑具有較好的應用前景。
權利要求
1.一種飲用水除砷(IiI)納米光催化氧化劑的制備方法，其特征在于按如下步驟操作 ①選取孔體積為0. 100-0. 500 Cm3/g的市售活性炭纖維，先在去離子水中煮沸3-5 h，超聲處理60-120 min，100-120°C真空干燥24 h ； 在鈦鹽中加入無水醇，鈦鹽與無水醇體積比為1:2 ; @磁力攪拌下滴入穩定劑乙酰丙酮和緩釋劑冰醋酸，穩定劑、緩釋劑和鈦鹽的體積比約為2:3:4 ； ④按鈦鹽、無水醇、水體積比1:4:1滴加無水醇和水的混合液；滴加完畢后，超聲振蕩I 3 h，靜置24 72 h ； @室溫下,將10 20 g預處理的活性碳纖維放入已制備好的100 200 mL 二氧化鈦溶膠中浸潰12 48 h，蒸干溶劑，氮氣保護下在馬弗爐中煅燒I 2 h得產品。
2.根據權利要求I所述的一種飲用水除砷(III)納米光催化氧化劑的制備方法，其特征在于所述鈦鹽為硫酸氧鈦、鈦酸四丁酯、四氯化鈦。
3.根據權利要求I所述的一種飲用水除砷(III)納米光催化氧化劑的制備方法，其特征在于所述醇溶液為C1-C6 —元醇、C2-C8的低碳2-4元醇。
4.根據權利要求I所述的一種飲用水除砷(III)納米光催化氧化劑的制備方法，其特征在于所述一元醇為乙醇或丙醇；低碳2-4元醇為乙二醇或丙三醇。
全文摘要
一種飲用水除砷(Ⅲ)納米光催化氧化劑的制備方法，涉及氧化劑的制備方法，步驟如下，選取孔體積為0.100-0.500cm3/g的活性炭纖維材料；制備二氧化鈦溶膠，取20mL鈦鹽溶于40mL無水醇溶液中，加入8～12mL乙酰丙酮和12～20mL冰醋酸磁力攪拌，再加入80～100mL無水醇溶液和15～20mL水混合液；制備負載二氧化鈦的活性碳纖維，稱取已預處理的活性碳纖維10～20g，放入已制備好的100～200mL二氧化鈦溶膠中浸漬12～48h后，蒸干溶劑，煅燒1～2h，制得除砷(Ⅲ)納米光催化氧化劑。本發明氧化劑氧化能力強，體積小，安全穩定，易于儲存、運輸。
文檔編號B01J21/06GK102671649SQ20121009735
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月5日 優先權日2012年4月5日
發明者姚淑華, 張亞星, 石中亮 申請人:沈陽化工大學