專利名稱：一種羥基鐵包覆型除砷材料的制備技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，特別涉及一種羥基鐵包覆型除砷材料的制備技術(shù)，可用以制備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、吸附性能優(yōu)良的羥基鐵包覆型除砷材料，用以去除水中砷。
背景技術(shù)：
砷化物從被發(fā)現(xiàn)以來就以其毒性而聞名。水中砷污染可嚴(yán)重威脅接觸人群的呼吸、消化、心血管、神經(jīng)、泌尿、造血等多個(gè)系統(tǒng)，甚至威脅生命。吸附法是簡單易行的砷去除技術(shù)，適用面廣、使用工藝多樣，能處理復(fù)雜水環(huán)境的砷污染。吸附法是以具有高比表面積、不溶性的固體材料作吸附劑，通過物理吸附作用、化學(xué)吸附作用或離子交換作用等機(jī)制將水中的砷污染物固定在自身的表面上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水中砷污染的去除。吸附床或吸附塔中填裝吸附劑是一種應(yīng)用范圍廣、處理效率高、工藝簡單的實(shí)用水處理工藝。吸附床或吸附塔工藝對(duì)裝填吸附劑有兩方面的技術(shù)要求，一方面為具有高效的污染吸附能力，另一方面為具有一定的粒度，以獲得一定的床(塔)內(nèi)水流通路，進(jìn)而控制吸附床/塔前后的水頭損失。目前已有大量關(guān)于高效砷吸附劑的研究工作，其中，羥基鐵(FeOOH，F(xiàn)eO(OH) · H2O 或狗(0!1)3)作為一類高活性廉價(jià)砷吸附材料引起廣泛關(guān)注。自然界中羥基鐵常以無定形態(tài)、針鐵礦(goethite)、纖鐵礦(1印idocrocite)、大方纖鐵礦(feroxyhyte)等形式存在。 羥基鐵的羥基基團(tuán)較為活躍，易于被砷化物取代，進(jìn)而形成穩(wěn)定的砷酸鐵化合物。通過上述作用，羥基鐵吸附劑可高效富集水中的砷化物。為了使羥基鐵能夠應(yīng)用于實(shí)際水處理工業(yè)中，目前已有大量工作涉及粒狀羥基鐵除砷劑的研制和應(yīng)用。粒狀羥基鐵除砷劑一方面能夠高效吸附水中砷污染，另一方面可滿足過濾工藝對(duì)水頭損失的要求。然而，已有報(bào)道顯示粒狀羥基鐵除砷劑經(jīng)過長期使用后容易破碎，從而限制了粒狀羥基鐵在吸附去除砷污染領(lǐng)域中的應(yīng)用。羥基鐵包覆型除砷材料是通過物理及化學(xué)手段將羥基鐵活性成分包覆于硬質(zhì)基質(zhì)表面，一方面可使羥基鐵活性組分充分接觸來水，降低無效羥基鐵組分的比例，進(jìn)而降低成本；另一方面可強(qiáng)化除砷劑的物理穩(wěn)定性，使之不易破碎，延長吸附劑的使用時(shí)間。目前已有研究利用沉積法制備羥基鐵包覆型砷吸附劑的制備工藝，其工藝路線總體可分為以下幾步1)將基質(zhì)浸泡于鐵鹽溶液中，幻通過調(diào)節(jié)溶液酸堿環(huán)境使鐵鹽生成羥基鐵沉淀附著于基質(zhì)表面，；3)通過物理或化學(xué)手段穩(wěn)定羥基鐵的礦物形態(tài)，4)采用水洗法清除基質(zhì)附著不穩(wěn)的羥基鐵組分，5)干燥后得成品羥基鐵包覆型除砷材料。本專利涉及一種新型羥基鐵包覆型除砷材料的制備方法，與傳統(tǒng)沉積法不同，本發(fā)明利用粘合劑組分將羥基鐵粉末均勻包覆于基質(zhì)表面。本專利制備的新型羥基鐵包覆型除砷材料除了具備傳統(tǒng)包覆型吸附劑的高吸附能力，不易破碎等優(yōu)勢(shì)，還具備以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)1)本發(fā)明制備的羥基鐵包覆型砷吸附劑可適用于較為復(fù)雜的水流環(huán)境。羥基鐵組分與基質(zhì)結(jié)合緊密，不易脫落。
2)經(jīng)本發(fā)明制備的羥基鐵包覆型砷吸附劑處理后，出水澄清透明，無鐵鹽用于水處理常見的出水發(fā)黃現(xiàn)象。3)本發(fā)明涉及的羥基鐵包覆型砷吸附劑的制備工藝可制備外形規(guī)則統(tǒng)一，粒徑均一的包覆型砷吸附劑，進(jìn)而較好地滿足吸附設(shè)備對(duì)填料的尺寸要求。4)本發(fā)明羥基鐵包覆型砷吸附劑的制備工藝簡單，所需設(shè)備投資小，生產(chǎn)過程中羥基鐵的利用率高，生產(chǎn)工藝中無需大量清洗水。因此，本發(fā)明涉及的羥基鐵包覆型除砷材料可以更好的適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)和水中砷污染去除。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種性能穩(wěn)定、生產(chǎn)簡便的羥基鐵包覆型砷吸附劑的制備方法。本發(fā)明的主要技術(shù)內(nèi)容在于向待包覆基質(zhì)中逐漸加入羥基鐵粉末和粘合劑組分，在加藥過程中通過機(jī)械力使羥基鐵/粘合劑混合物充分混合，并均勻覆蓋于基質(zhì)表面。 待粘合劑溶劑揮發(fā)后即得成品羥基鐵包覆型砷吸附劑。本發(fā)明采用的羥基鐵粉末可以通過鐵鹽堿性條件沉淀、粉碎、洗滌、烘干自行制備，也可購買商品氫氧化鐵。羥基鐵粉末的粒徑為100-200目，粒徑愈小羥基鐵粉末與待包覆基質(zhì)的結(jié)合愈均勻，所得成品結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。本發(fā)明涉及的羥基鐵粉末的加入方式為，可通過粉末泵、傳輸帶等機(jī)械方式逐步加入，也可通過人工分批次加入。羥基鐵粉末的加入量為，可加入待包覆基質(zhì)質(zhì)量5-30%的羥基鐵粉末。羥基鐵過少影響產(chǎn)品的砷吸附能力，羥基鐵過多影響產(chǎn)品的物理穩(wěn)定性。本專利采用的粘合劑組分可以為多種耐水膠，溶于乙醇、丙酮等有機(jī)溶劑后通過霧化噴灑方式投加。粘合劑組分的投加量為，可加入羥基鐵粉末投加質(zhì)量的5-20%。粘合劑組分過少影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性，粘合劑組分過多可導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)塊且影響砷去除能力。本專利涉及的待包覆基質(zhì)可以為石英砂、瓷砂濾料、碎石等多種廉價(jià)硬質(zhì)材料，并可根據(jù)水處理要求選用不同形狀、不同大小的基質(zhì)材料。本專利所述的機(jī)械力混合可通過球形造粒機(jī)、攪拌機(jī)等機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)。通過基質(zhì)之間的互相碰撞與摩擦實(shí)現(xiàn)羥基鐵粉末在基質(zhì)表面的均勻分布。本專利所述的羥基鐵包覆型砷吸附劑成品形成工藝，可以將已包覆羥基鐵的基質(zhì)自機(jī)械攪拌設(shè)備中移出，平鋪后將有機(jī)溶劑自然風(fēng)干或加熱150°C以下快速干燥。


附圖1是本發(fā)明羥基鐵包覆型除砷吸附劑的生產(chǎn)工藝流程示意圖。圖中在混合設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，第1步一次性向混合設(shè)備中加入待包覆基質(zhì)，第2 步加入少量羥基鐵粉末，同時(shí)噴灑投加粘合劑溶液，反復(fù)投加羥基鐵粉末和粘合劑溶液直至試劑投加完畢。第3步混合設(shè)備出料經(jīng)過自然風(fēng)干或低溫干燥后即得成品羥基鐵包覆型除砷吸附劑。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合本發(fā)明羥基鐵包覆型砷吸附劑的制備方法及工藝實(shí)例，說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。實(shí)例1開啟圓盤造粒機(jī)，將30kg石英砂加入圓盤造粒機(jī)后，加入500g羥基鐵粉末，其后向圓盤造粒機(jī)中噴霧投加含量為30%的粘合劑乙醇溶液300g。待圓盤造粒機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)1-2分鐘后再次投加500g羥基鐵粉末和噴霧投加300g粘合劑溶液，如此循環(huán)加藥六次后，圓盤造粒機(jī)出料平鋪風(fēng)干M小時(shí)后即得含羥基鐵10%的羥基鐵包覆型砷吸附劑。實(shí)例2開啟原料攪拌機(jī)，將30kg球狀瓷砂濾料加入原料攪拌機(jī)后，加入400g羥基鐵粉末。其后向原料攪拌機(jī)中噴霧投加含量為20%的粘合劑丙酮溶液300g。待原料攪拌機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)3-4分鐘后再次投加400g羥基鐵粉末和噴霧投加300g粘合劑溶液，如此循環(huán)加藥六次后，原料攪拌機(jī)出料置于100°C低溫干燥機(jī)中烘干3小時(shí)，即得含羥基鐵8%的羥基鐵包覆型砷吸附劑。
權(quán)利要求
1.一種羥基鐵包覆型除砷材料的制備技術(shù)，其特征在于通過粘合劑溶液將羥基鐵粉末附著于基質(zhì)表面，在機(jī)械攪拌條件下實(shí)現(xiàn)基質(zhì)的互相摩擦和碰撞，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)羥基鐵粉末和粘合劑溶液在基質(zhì)表面均勻分布；待粘合劑溶液的溶劑組分揮發(fā)后，實(shí)現(xiàn)羥基鐵粉末牢固包覆于基質(zhì)表面，制得羥基鐵包覆型砷吸附劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械攪拌過程，可以通過圓盤造粒機(jī)、混凝土攪拌機(jī)、原漿攪拌機(jī)等機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所示的基質(zhì)顆粒，其特征為可以是石英砂、瓷砂、水泥等硬質(zhì)顆粒， 其直徑可以為0. 5-5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的羥基鐵粉末，其特征為可以是無定形態(tài)、針鐵礦、纖鐵礦、大方纖鐵礦等礦物形態(tài)的羥基鐵，其粒徑可以為100-200目的粉末。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘合劑溶液，其特征為將脂類、胺類、橡膠類等粘合劑溶于醇類、酮類等易揮發(fā)溶劑中，從而制備上述粘合劑溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘合劑溶液的溶劑組分揮發(fā)過程，其特征在于通過自然風(fēng)干或低溫干燥實(shí)現(xiàn)溶劑揮發(fā)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種羥基鐵包覆型除砷材料的制備技術(shù)。在機(jī)械攪拌，基質(zhì)顆?；ハ嗯鲎材Σ恋纳a(chǎn)條件下，通過噴霧投加粘合劑溶液，將羥基鐵粉末均勻附著于基質(zhì)顆粒表面。其后通過自然風(fēng)干或低溫烘干將粘結(jié)劑溶液中的溶劑組分揮干，實(shí)現(xiàn)羥基鐵粉末穩(wěn)定包覆于基質(zhì)顆粒表面。該方法可制備羥基鐵含量3-20％的羥基鐵包覆砷吸附材料。該法制備的羥基鐵包覆型砷吸附材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易破碎，羥基鐵不易脫落，出水澄清，且可于復(fù)雜水流環(huán)境中使用。
文檔編號(hào)C02F1/28GK102380342SQ20101027166
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者彭先佳, 李亦然, 欒兆坤, 賈智萍 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心