專利名稱：一種用于飲用水凈化的二氧化鈦顆粒吸附劑的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于凈化地下水的二氧化鈦顆粒吸附劑的制備方法。
背景技術：
飲水安全與人類健康密切相關。隨著環(huán)境污染日益嚴重，地下水中砷、氟的污染與毒害已成為世界性的問題，在局部地區(qū)砷污染尤其嚴重。目前世界上有十幾個國家發(fā)生較大區(qū)域的砷氟污染，中國是其中之一。高砷水和高氟水一直威脅著我國部分農村居民的飲用水安全，高濃度砷氟復合污染和砷氟聯合中毒的現象在我國新疆、山西、內蒙古、貴州等地區(qū)屢有報道。飲水型砷中毒是一種常見的地方病。砷主要以無機鹽形式，即(AsO廣)和亞砷酸鹽(AsO33-)存在于自然水系中，這兩類砷化物可通過呼吸道、食物或皮膚接觸進入人體內。 當人們長期飲用高砷地下水時，砷會在人體內不斷積累最終導致慢性中毒，危害到人體器官的正常功能，例如降低酶活性、干擾人體正常代謝、使神經系統發(fā)生紊亂，造成毛細管擴張等，從而引發(fā)身體各種病變和癌癥。氟在自然環(huán)境中廣泛分布，并且是與人體健康密切相關的微量化學元素之一，人體吸收適量的氟可以預防齲齒，促進骨骼的鈣代謝。而當人體攝入過量的氟，則會引起人體的鈣磷代謝失調，造成體內缺鈣，引起氟中毒。輕者氟斑牙，嚴重者會發(fā)生骨骼變形，喪失勞動力甚至死亡，此即氟骨癥。我國生活水飲用標準明確規(guī)定飲用水中氟的濃度應小于Img/ L0目前常用的地下水中砷氟處理方法主要有吸附法、化學沉淀法、離子交換法、混凝法及膜分離法等，其中以吸附法最為常用，由于其方便高效，現已成為農村分散式供水的最佳選擇。常用的砷氟吸附劑存在一個共同缺點處理單砷或單氟能力較強，砷氟共去除效果不佳。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種用于處理地下水砷氟的二氧化鈦顆粒吸附劑的制備方法，與傳統的制備方法相比，本發(fā)明使用的二氧化鈦顆粒制備工藝更為簡單，產品吸附效率更高，并且操作過程更加便捷。本發(fā)明主要包含兩部分。第一部分是制備二氧化鈦的前驅物，分為溶解鈦的化合物、調節(jié)PH值及洗滌三個步驟，得到的產物為二氧化鈦的前驅物，即偏鈦酸漿液；第二部分是在偏鈦酸漿液中加入粘合劑，在一定溫度下攪拌混勻后，烘干造粒，最終得到二氧化鈦顆粒吸附劑。本發(fā)明涉及的二氧化鈦顆粒吸附劑的制備方法，其特征如下步驟一(I)將反應容器置于冰水環(huán)境中，加入去離子水；(2)將硫酸氧鈦加入上述去離子水中，攪拌成均勻溶液；
(3)攪拌過程中逐滴加入氫氧化鈉溶液，將pH調到4. 5-7 ；(4)將所得沉淀經水洗幾次，得到偏鈦酸漿液；步驟二(5)將上述偏鈦酸漿液約300_800g置于2L反應器中，水浴加熱；(6)在攪拌下，將約30_80mL粘合劑溶液加到上述漿液中，封口，繼續(xù)反應；(7)反應2_4h后，將反應器封口打開，保持水浴加熱，至漿液趨于塊狀，將塊狀固體打碎后繼續(xù)加熱至形成顆粒；(8)將所得顆粒過篩后于60°C干燥6-10h得到二氧化鈦顆粒吸附劑。本發(fā)明制備得到的二氧化鈦顆粒吸附劑對地下水中砷氟等有毒物質去除效果較好，并且可以作為填充物制成濾柱，直接用于家庭飲用水裝置，方便可行。


圖I是用聚乙烯醇(PVA)和羥乙基纖維素(HEC)對偏鈦酸漿液粘合后的二氧化鈦顆粒吸附動力學實驗，初始砷濃度為67. lmg/L。分析圖中實驗數據可知，在Ih時顆粒吸附已接近飽和，說明吸附比較迅速，可用于處理實際地下水。圖2是對聚乙烯醇(PVA)的添加量進行優(yōu)化，橫坐標為偏鈦酸漿液與聚乙烯醇的質量比例，實驗結果表明兩者比例的變化對二氧化鈦顆粒吸附劑吸附容量影響不大。圖3是對羥乙基纖維素(HEC)的添加量進行優(yōu)化，橫坐標為偏鈦酸與羥乙基纖維素的質量比例，實驗發(fā)現隨著兩者比例的增大(即羥乙基纖維素的添加量的減少)，二氧化鈦顆粒吸附劑吸附容量逐漸降低，但總體變化不大。圖4考察了不同粘合劑以及吸附劑粒徑大小對吸附效果的影響。實驗結果表明， 隨吸附劑粒徑增大，吸附效果成降低的趨勢，這是由于比表面積降低造成的。三種粘合劑中，以硅酸鈉制備的二氧化鈦顆粒吸附劑吸附效果最好。圖5考察了偏鈦酸漿液與不同粘合劑在固定比例下制備的二氧化鈦顆粒與市場上銷售的其他吸附劑對氟離子吸附進行了對比。實驗結果表明，在9. 64ppmF時，實驗室制備的三種二氧化鈦顆粒吸附劑對氟離子去除率達到50%以上，比三氧化二鋁(Al2O3)顆粒和氧化鐵顆粒(E33P)有明顯提聞，后兩者去除率均在20%以下。圖6考察了制備的二氧化鈦顆粒吸附劑對實際地下水(含有高濃度砷、氟以及少量其它重金屬離子，如銅等)的處理效果。實驗結果表明當吸附劑用量為6g/L時，處理后水中砷濃度低于10ug/L，氟濃度低于lmg/L，均達到飲用水要求。
具體實施例方式I.本發(fā)明二氧化鈦顆粒吸附劑的制備過程實施例如下實施例I將體積為IOL的反應器置于冰水環(huán)境中，加入去離子水1800mL，水溫為8°C。在劇烈攪拌下，取硫酸氧鈦300g緩慢加入去離子水中。繼續(xù)攪拌過程中，用恒流泵以lOmL/min 的速度滴加濃度為lOmol/L的氫氧化鈉溶液，調節(jié)pH為5. I。將上述溶液用去離子水洗滌 8次至電導率降到89 μ S，上清液去除后即得到偏鈦酸漿液。取偏鈦酸漿液800g置于2L反應器中，90°C水浴加熱攪拌，加入40mL lg/L的聚乙烯醇(PVA)粘合劑溶液。之后將反應器封口，繼續(xù)水浴加熱攪拌3h后將封口打開，暴露于空氣中以利于漿液中水份蒸發(fā)。當偏鈦酸漿液趨于塊狀時，將塊狀物打碎成小顆粒，過篩后置于60°C烘箱8h，得到31g 二氧化鈦顆粒吸附劑。實施例2取已制備得到的偏鈦酸漿液300g置于IL反應器中，90°C水浴加熱攪拌，加入30mL lg/L的羥乙基纖維素(HEC)粘合劑溶液。之后將反應器封口，繼續(xù)水浴加熱攪拌3h后將封口打開，暴露于空氣中以利于漿液中水份蒸發(fā)。當偏鈦酸漿液趨于塊狀時，停止攪拌，用玻璃棒將塊狀物打碎成小顆粒。當顆粒足夠干燥后用研缽將大塊顆粒磨碎形成小顆粒，過篩后于60°C干燥6h，得到10. 3g 二氧化鈦顆粒吸附劑。2.驗證本發(fā)明二氧化鈦顆粒吸附劑的吸附效果取一系列質量的上述實施例I中制得的二氧化鈦顆粒吸附劑于20個IOOmL塑料瓶中。取某農村實際地下水(含有高濃度砷、氟以及少量其它重金屬離子，如銅等)，分別加入上述塑料瓶中，體積為IOOmL,置于旋轉培養(yǎng)器上轉動2h，轉速為40rpm。最終吸附結果見圖5。當二氧化鈦顆粒吸附劑用量為6g/L時，處理后的地下水中砷濃度低于lOug/L，氟濃度低于lmg/L，砷氟均達到飲用水要求。本發(fā)明所用試劑如下
試劑純度產地氫氧化鈉分析純國藥集團化學試劑公司硫酸氧鈦分析純上海邁坤化工有限公司聚乙烯醇(PVA)分析純北京益利驚喜化學品有限公司羥乙基纖維素(HEC)分析純北京化學試劑公司硅酸鈉分析純國藥集團化學試劑公司
權利要求
1.一種用于飲用水凈化的二氧化鈦顆粒吸附劑的制備方法，其特征在于步驟一(1)將反應容器置于冰水環(huán)境中，加入去離子水；(2)將硫酸氧鈦加入上述去離子水中，攪拌成均勻溶液；(3)攪拌過程中逐滴加入氫氧化鈉溶液，將pH調到4.5-7 ；(4)將所得沉淀經水洗幾次，得到偏鈦酸漿液；步驟二 (5)將上述偏鈦酸漿液約300-800g置于2L反應器中，水浴加熱；(6)在攪拌下，將約30-80mL粘合劑溶液加到上述漿液中，封口，繼續(xù)反應；(7)反應2-4h后，將反應器封口打開，保持水浴加熱，至漿液趨于塊狀，將塊狀固體打碎后繼續(xù)加熱至形成顆粒；(8)將所得顆粒過篩后于烘箱中干燥后得到二氧化鈦顆粒吸附劑。
2.如權利要求I所述的一種用于飲用水凈化的二氧化鈦顆粒吸附劑的制備方法，在加硫酸氧鈦前去離子水溫度需保持在5°C。
3.如權利要求1-2中任意一項所述的一種用于飲用水凈化的二氧化鈦顆粒吸附劑的制備方法，去離子水與硫酸氧鈦的質量比為5 I。
4.如權利要求1-3中任意一項所述的一種用于飲用水凈化的二氧化鈦顆粒吸附劑的制備方法，用氫氧化鈉溶液調節(jié)PH到5。
5.如權利要求1-4中任意一項所述的一種用于飲用水凈化的二氧化鈦顆粒吸附劑的制備方法，沉淀需經水洗幾次，至上清液電導率小于100 μ s后得到偏鈦酸漿液。
6.如權利要求1-5中任意一項所述的一種用于飲用水凈化的二氧化鈦顆粒吸附劑的制備方法，水浴加熱溫度為90°C。
7 如權利要求1-6中任意一項所述的一種用于飲用水凈化的二氧化鈦顆粒吸附劑的制備方法，將粘合劑聚乙烯醇、羥乙基纖維素或Na2SiO3配制成lg/L溶液后添加到漿液中， 偏鈦酸漿液與粘合劑固體質量比為200、300、400和500。
8.如權利要求1-7中任意一項所述的一種用于飲用水凈化的二氧化鈦顆粒吸附劑的制備方法，磨碎的顆粒過篩并在60°C烘箱干燥6-8h后得到二氧化鈦顆粒吸附劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于飲用水凈化的二氧化鈦顆粒吸附劑的制備方法。本發(fā)明將硫酸氧鈦經溶解、pH調節(jié)及洗滌，得到偏鈦酸漿液。在上述漿液中加入粘合劑，反應幾小時后烘干造粒，最終得到二氧化鈦顆粒吸附劑。經吸附實驗證明該吸附劑對地下水中的砷氟均具有較強的吸附能力，可用于廣大農村地區(qū)高砷氟地下水的處理凈化，達到飲水要求。
文檔編號C02F1/28GK102600792SQ20111002298
公開日2012年7月25日 申請日期2011年1月20日 優(yōu)先權日2011年1月20日
發(fā)明者崔金立, 景傳勇 申請人:中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心