專利名稱：一種氧化鐵改性石英砂濾材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及改性石英砂濾材，具體涉及一種氧化鐵改性石英砂濾材。
背景技術(shù)：
隨著檢測(cè)手段的進(jìn)步和水中有機(jī)物檢出種類的增加，飲用水標(biāo)準(zhǔn)對(duì)有機(jī)物的種類和含量作了越來越嚴(yán)格的限制。其中強(qiáng)化過濾技術(shù)的關(guān)鍵是濾料。目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)改性濾料強(qiáng)化過濾方面的研究，主要側(cè)重于表面特性和處理效果方面。其中，石英砂在諸多改性濾料中對(duì)有機(jī)物的去除率最高，吸附時(shí)間最短。美國(guó)環(huán)保局已經(jīng)提出將石英砂作為一個(gè)新興的除砷過濾技術(shù)用于供水設(shè)施。改性濾料的原理是根據(jù)物理化學(xué)理論，比表面積較大的固體常常是不穩(wěn)定的，當(dāng)條件許可時(shí)，總是要吸附一些細(xì)小的顆粒，以表面變?yōu)槠交蜔o活性達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)改性劑粘附在濾料上時(shí)，無數(shù)的微型顆粒堆積在濾料表面，造成比原濾料大得多的比表面積，并呈多孔狀，這種大比表面積將形成其良好的吸附性能。同時(shí)濾料等電點(diǎn)(PZC)時(shí)的PH值由于原來的0. 7 2. 2提高到了 7. 5 10. 3左右，使得改性濾料在中性水的環(huán)境下帶正電，又由于大部分水中的顆粒表面都帶有負(fù)電荷，這十分有利于去除微污染水中的有機(jī)物[11]。表 1-1為普通濾料和改性濾料的性能對(duì)比情況。改性濾料只需更換濾料，不需添加任何藥劑，即可達(dá)到去除水中有機(jī)物和懸浮顆粒的雙重目的，這種做法比較適合我國(guó)目前給水處理的現(xiàn)狀。表面改性是指用物理、化學(xué)、機(jī)械等方法對(duì)粉體材料表面進(jìn)行處理，根據(jù)應(yīng)用的需要有目的地改變粉體材料表面的物理化學(xué)性質(zhì)，如表面組成、結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)、表面能、表面濕潤(rùn)性、電性、光性、吸附和反應(yīng)特性等。常用的表面改性工藝方法有物理涂覆、化學(xué)包覆、 沉淀反應(yīng)等。濾料表面改性，采用最多的方法是反復(fù)沉淀法和加熱蒸發(fā)法，也就是使金屬氧化物遵循“溶膠-凝膠-沉淀”的轉(zhuǎn)化過程，然后設(shè)法附著在載體表面。其中反復(fù)沉淀法是通過金屬鹽與堿反應(yīng)生成金屬氫氧化物沉淀，然后變成金屬氧化物；而加熱蒸發(fā)法則是通過加熱使金屬鹽水解產(chǎn)生氫氧化物沉淀，然后再轉(zhuǎn)變成為金屬氧化物附著在濾料表面上。已有的研究成果顯示反復(fù)沉淀法容易控制，易于實(shí)現(xiàn)，且吸附容量大，但所得的多層吸附層容易脫落；加熱蒸發(fā)法比反復(fù)沉淀法制備出的濾料附著強(qiáng)度要高，其表面形成的物質(zhì)更有利于靜電吸附作用的發(fā)揮，但所得改性石英砂的吸附容量提高仍不足。目前改性石英砂未能運(yùn)用到實(shí)際工程中，主要存在以下幾個(gè)技術(shù)缺陷包括吸附容量不足、反沖洗脫附難、附著強(qiáng)度不強(qiáng)、負(fù)載量較低、表面孔徑、吸附污染物種類單一等， 影響上述缺陷的因素主要包括石英砂載體粒半徑的大?。晃綄拥慕M成，吸附層厚度、表面孔隙孔徑的大小等。因此，尋求一種表面性能優(yōu)良、吸附去除效果更佳、并顯著降低污染物的有效去除成本的濾材，是目前業(yè)界亟待解決的難題之一。

實(shí)用新型內(nèi)容為克服以上技術(shù)缺陷，本實(shí)用新型提供了一種氧化鐵改性石英砂濾材。該濾材具有合適的石英砂載體粒半徑的大小、表面孔隙孔徑的大小及吸附層厚度；吸附層主要由赤鐵礦α-Fe2O3顆粒組成。能針對(duì)水處理中的微污染物質(zhì)發(fā)揮優(yōu)良的吸附作用。本實(shí)用新型通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種氧化鐵改性石英砂濾材，包括石英砂載體及包裹于所述載體上的氧化鐵吸附層，其特征在于所述的濾材為瘤球狀，所述石英砂載體粒半徑大小為60(Γ1450 μ m ；所述氧化鐵吸附層厚為10(Γ250μπι，表面孔隙孔徑的大小為5 40μπι。所述氧化鐵吸附層主要由α-Fe2O3顆粒組成。所述α -Fe2O3顆粒粒徑大小為10 30 μ m。本說明書所述的瘤球狀是指表面布滿不規(guī)則顆粒體，凹凸不平的球狀體。以本實(shí)用新型和未改性的石英砂作為比較對(duì)象，采用BET比表面積測(cè)定儀測(cè)定比表面積，分析評(píng)價(jià)表面吸附容量。再利用SEM掃描電鏡放大5000倍分別觀察樣品的表面形貌，分析判斷樣品表面的氧化鐵形態(tài)，濾材的結(jié)構(gòu)組成、形狀。通過新型給水處理工藝小試實(shí)驗(yàn)裝置(如圖2所示)，該裝置包含混合-絮凝-沉淀-過濾-膜深度處理工藝，研究動(dòng)態(tài)過濾裝置中的過濾性能與反沖洗能力。過濾裝置主要為直徑80mm、濾層厚50mm的有機(jī)玻璃濾柱。通過以上實(shí)驗(yàn)證明，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1.經(jīng)BET比表面積測(cè)定儀測(cè)定得出本實(shí)用新型的比表面積較未改性的石英砂濾材增加14倍，吸附容量大。2.經(jīng)新型給水處理工藝小試實(shí)驗(yàn)得出本實(shí)用新型的過濾周期延長(zhǎng)2 3倍，濾速提高1. 5 2. 5倍，空床停留時(shí)間縮短l-3min。同一運(yùn)行條件下，使用本實(shí)用新型的濾柱較未改性的石英濾柱對(duì)高嶺土原水的去除率提高30%以上，而對(duì)腐植酸原水的去除率能夠保持在70%以上，未改性的石英濾柱對(duì)腐植酸原水則幾乎沒有去除效果。過濾周期結(jié)束后，使用本實(shí)用新型的濾柱經(jīng)一定強(qiáng)度的氣水反沖洗仍能達(dá)到很高的過濾去除效果，具有較強(qiáng)的再生能力，過濾成本低。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是新型給水處理工藝小試實(shí)驗(yàn)裝置圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型包括石英砂載體1及包裹于所述載體上的氧化鐵吸附層 2。其中，所述的濾材為瘤球狀，所述石英砂載體1粒半徑大小為60(Γ 450μπι ；所述氧化鐵吸附層2主要由α -Fe2O3顆粒組成，厚度為10(Γ250 μ m,所述α -Fe2O3顆粒3粒徑大小為 10 30 μ m。其表面孔隙孔徑4的大小為5 40 μ m。本實(shí)用新型可以通過如下方法制備。1、篩取未改性石英砂。(1)用孔徑分別為0.5 mm和1. 2mm的篩網(wǎng)篩選天然未經(jīng)處理的石英砂，獲得直徑范圍為0. 5 1. 2mm的待表面預(yù)處理石英砂濾料。(2)用自來水反復(fù)沖洗干凈，清除其表面污染物及其它雜質(zhì)，置于110°C烘箱中烘干。(3)用 0. lmol/L 的 HCl 溶液酸浸 50h。(4)再用蒸餾水沖洗干凈，沖洗水回收測(cè)PH值，為中性后停止沖洗。(5)再置于110°C烘箱中烘干，烘干后貯入有蓋瓶備用。2、配備改性劑和沉淀劑。(1)改性劑濃度為2mol/L的FeCl3溶液。稱取108. 116g的FeCl3 · 6H20 (分析純，Μ=270· 29)，置于IOOml的燒杯中，倒入 50ml左右的雙蒸水，并在1500w的電爐上加熱溶解10分鐘，冷卻至室溫，用玻璃杯引流至 200ml的容量瓶，再用雙蒸水稀釋定溶至200ml，獲得改性劑。(2)沉淀劑濃度為3mol/L的NaOH溶液(分析純，M=40)，配備過程與改性劑類同。3、制備本實(shí)用新型所述的氧化鐵改性石英砂濾材。(1)將上述備用的未改性石英砂與改性劑FeCl3溶液和沉淀劑NaOH溶液混合，未改性石英砂與改性劑、沉淀劑混合的比例為Ig :0. 25mL :0. 3 mL。充分?jǐn)嚢韬笾糜?10°C烘箱中烘干48h，烘干過程中不對(duì)混合液進(jìn)行任何攪拌。(2)將烘干后的混合體轉(zhuǎn)移至電阻爐中，在煅燒溫度T=250°C，煅燒時(shí)間tih的條件下高溫煅燒。(3)取出后冷卻至室溫，用蒸餾水沖洗去改性后石英砂表面未負(fù)載上的氧化鐵顆粒，直至洗出液呈中性，再置110°c烘箱中烘干，獲得目標(biāo)產(chǎn)品氧化鐵改性石英砂。將所得目標(biāo)產(chǎn)品，選取適量的樣品，通過掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)樣品表面進(jìn)行觀察，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。將本實(shí)用新型樣品與未改性石英砂用金埃譜BET比表面積測(cè)試儀(F-Sorb 2400) 進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如下表所示。比表面積測(cè)定結(jié)果
權(quán)利要求1.一種氧化鐵改性石英砂濾材，包括石英砂載體及包裹于所述載體上的氧化鐵吸附層，其特征在于所述的濾材為瘤球狀，所述石英砂載體粒半徑大小為600 1450 μ m ；所述氧化鐵吸附層厚為100 250 μ m,表面孔隙孔徑的大小為5 40 μ m。
2.如權(quán)利要求1所述的濾材，其特征在于所述氧化鐵吸附層主要由α-Fe2O3顆粒組成。
3.如權(quán)利要求2所述的濾材，其特征在于所述α-Fe2O3顆粒粒徑大小為10 30 μ m。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種氧化鐵改性石英砂濾材。該濾材包括石英砂載體及包裹于所述載體上的氧化鐵吸附層。其中，石英砂載體是粒半徑大小為500~1200um。氧化鐵吸附層主要由α-Fe2O3顆粒組成，厚度為100~250um。表面孔隙孔徑的大小為5~40um。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，該濾材的比表面積較未改性的石英砂濾材增加14倍，吸附容量大。同一運(yùn)行條件下，使用本實(shí)用新型的濾柱較未改性的石英濾柱對(duì)高嶺土原水的去除率提高30%以上，而對(duì)腐植酸原水的去除率能夠保持在70%以上，未改性的石英濾柱對(duì)腐植酸原水則幾乎沒有去除效果。
文檔編號(hào)C02F1/00GK202219115SQ20112026094
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者葉挺進(jìn), 李冬梅, 李紹秀, 王志紅, 黃明珠, 黃輝 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)