專(zhuān)利名稱(chēng)：采用載鐵二氧化鈦納米管吸附去除水中低濃度五價(jià)砷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)保領(lǐng)域的一種吸附技術(shù)，具體是利用載鐵TiA納米管為吸附劑，吸附去除水中低濃度的五價(jià)砷。
背景技術(shù)：
砷是一種廣泛存在于天然水體中的有毒元素。近年來(lái)，隨著礦冶、皮革、陶瓷、農(nóng)藥等行業(yè)的快速發(fā)展，水環(huán)境中砷的污染日益嚴(yán)重。許多國(guó)家已經(jīng)將砷列為優(yōu)先控制的污染物之一，我國(guó)新頒布的飲用水標(biāo)準(zhǔn)中，已將砷含量標(biāo)準(zhǔn)從0. 05mg/L提高到0. 01mg/L以下。水中的砷主要以三價(jià)砷和五價(jià)砷形式存在，三價(jià)砷進(jìn)入細(xì)胞的能力比五價(jià)砷強(qiáng)，且毒性也更強(qiáng)， 但水體中的三價(jià)砷在一定條件下容易被氧化成五價(jià)砷。因此，水中五價(jià)砷的去除尤為關(guān)鍵。目前，水中砷的去除方法主要包括化學(xué)法、物理化學(xué)法、生物法等。其中，物化法中的混凝/過(guò)濾法、吸附法和離子交換法是主要除砷方法。混凝/過(guò)濾法主要是利用混凝劑的絮凝作用，使水中的污染物凝聚并沉降，此方法簡(jiǎn)便高效，但隨著新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，這種處理方法不能滿(mǎn)足水質(zhì)要求。離子交換樹(shù)脂除砷需要專(zhuān)有的離子樹(shù)脂，即隨著水中砷的形態(tài)和濃度的變化需要對(duì)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行相應(yīng)的改性。吸附法是一種簡(jiǎn)單易行的水處理技術(shù)，一般適合于處理量大、濃度較低的體系，更因其效率高、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。吸附法的關(guān)鍵在于吸附劑的選擇。對(duì)于水中砷的去除，常用的吸附劑是氧化鐵及羥基氧化鐵等含鐵礦物，這些含鐵礦物表面含有高密度的與砷作用的活性吸附位，使得水中的五價(jià)砷很容易被吸附到礦物表面并納入礦物晶體的晶格。但含鐵礦物類(lèi)的吸附劑對(duì)砷的吸附容量相對(duì)較低，在使用中具有一定局限性。為此，開(kāi)發(fā)一種高效的除砷吸附材料，對(duì)于保障用水安全具有重要現(xiàn)實(shí)意義。近年來(lái)，TiO2納米管因具有較高的比表面積和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，受到了廣泛的關(guān)注，已被應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域的研究中。在吸附去除污染物方面，由于TiO2納米管具有高于普通吸附劑的比表面積，這為提高吸附效率提供了可能性。同時(shí)，在相同條件下的對(duì)比試驗(yàn)顯示，TiO2納米管對(duì)五價(jià)砷的吸附量要高于傳統(tǒng)的除砷材料(如氧化鐵、活性炭、氧化鋁等)。 利用鐵在水中對(duì)砷具有很強(qiáng)的選擇配位作用而將其負(fù)載在TW2納米管表面，能夠獲得高活性、高比表面積的載鐵TW2納米管吸附劑，本技術(shù)具有良好的環(huán)境效益和應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種利用鐵鹽浸漬改性TW2納米管對(duì)飲用水和水源水中低濃度五價(jià)砷的吸附去除的方法，本發(fā)明能夠有效地吸附水中的五價(jià)砷，降低水中砷帶來(lái)的危害。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種利用鐵鹽改性TiO2納米管對(duì)水中五價(jià)砷吸附去除的方法，具體包括以下步驟
(1)載鐵TiA納米管(Fe/TNT)的制備本發(fā)明的載鐵TiO2納米管是以TW2納米管為基體，采用浸漬法制備得到。TiO2納米管采用水熱法制備，具體實(shí)施方式
為以TiO2粉末與 NaOH溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，經(jīng)酸洗、水洗、烘干得到TiO2納米管。其中NaOH溶液濃度為IOmol/L.所制得的TiO2納米管產(chǎn)率高、純度好。所用的載鐵TiO2納米管采用浸漬法制備，具體制備方式為將上述T^2納米管與納米管與FeCl3固體在酸性環(huán)境中浸漬攪拌2h，所用浸漬液HCl濃度為0. 05 3mol/L，烘干即得到所用的載鐵TW2納米管。(2)以上述的載鐵TW2納米管為吸附劑，在不同條件下對(duì)水中的五價(jià)砷進(jìn)行吸附處理。吸附可采用動(dòng)態(tài)連續(xù)或者靜態(tài)間歇過(guò)程。例如，將含有五價(jià)砷的溶液在搖床上振蕩吸附。本發(fā)明適合處理的五價(jià)砷溶液的初始濃度范圍為0. 01 ;3mg/L，吸附劑的用量可根據(jù)具體情況選擇。載鐵TiO2納米管吸附劑可在酸性至中性條件下吸附水中的五價(jià)砷。吸附時(shí)間和溫度對(duì)吸附效果有一定的影響，可以根據(jù)具體條件作適當(dāng)調(diào)整。本發(fā)明以載鐵TiO2納米管為吸附劑，采用吸附法去除水中的五價(jià)砷，因吸附劑具有高的比表面積和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，與傳統(tǒng)的吸附材料(如活性炭)在去除五價(jià)砷方面相比，表現(xiàn)出顯著的優(yōu)異性。此外，本發(fā)明操作過(guò)程簡(jiǎn)單，易于掌握。因此，本發(fā)明用于去除水源水和飲用水中的五價(jià)砷具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1是TiA納米管和載鐵TiA納米管(載鐵量為3. 5%)對(duì)五價(jià)砷的吸附效果對(duì)比(溶液PH值為1.8)。其中橫軸為吸附平衡后溶液中五價(jià)砷的濃度，縱軸為T(mén)iO2納米管和載鐵 TiO2納米管對(duì)五價(jià)砷的吸附量。圖2是載鐵TiO2納米管與常用的活性炭吸附劑在中性條件下對(duì)五價(jià)砷的吸附效果對(duì)比。其中橫軸為吸附時(shí)間，縱軸為載鐵TiO2納米管和活性炭對(duì)五價(jià)砷的吸附量。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明
實(shí)施例1 步驟1、稱(chēng)取Ig TiO2粉末，加入40ml的10mol/L NaOH48h，將所得到的樣品酸洗、水洗烘干后得到TW2納米管。步驟2、將0.5 g TiO2納米管浸漬在含0. 0878 g FeCl3>20ml的鹽酸溶液中，浸漬液鹽酸濃度為0. lmol/L，室溫下攪拌池，然后用蒸餾水洗滌、烘干。經(jīng)上述步驟制得的載鐵 TiO2納米管(Fe/TNT)，其載鐵量為3.5% (以鐵與TiO2納米管的質(zhì)量比計(jì)算)，孔徑為10.9 nm，比表面積為233. 9 m2/g。步驟3、以載鐵量為3. 5%的i^e/TNT為吸附劑，吸附水中的五價(jià)砷。吸附在恒溫?fù)u床上進(jìn)行。五價(jià)砷的初始濃度為ang/L，溶液的PH值為1.8，吸附溫度為^SK,吸附8 h后， Fe/TNT對(duì)五價(jià)砷的吸附量為23. 3 mg/g。本實(shí)施例及以下對(duì)比例中，吸附量是指每克吸附劑(如=TiO2納米管、載鐵TiO2納米管等)所吸附的五價(jià)砷的質(zhì)量。對(duì)比例1 在實(shí)施例1中，以未負(fù)載鐵的TiA納米管(即載鐵量為0)為吸附劑吸附水中的五價(jià)砷，其它吸附條件不變，TiO2納米管對(duì)五價(jià)砷的吸附量為10.5mg/g。其結(jié)果見(jiàn)圖1。圖中結(jié)果表明，TiO2納米管載鐵后，其對(duì)五價(jià)砷的吸附量較負(fù)載前有顯著提高。實(shí)施例2 在實(shí)施例1中，浸漬液鹽酸的濃度為0. 05 mol/L,其他條件不變，測(cè)得 Fe/TNT對(duì)五價(jià)砷的吸附量為19. 2mg/go
實(shí)施例3 在實(shí)施例1中，浸漬液鹽酸的濃度為3mol/L，其他條件不變，測(cè)得Fe/ TNT對(duì)五價(jià)砷的吸附量為17. 3mg/go實(shí)施例4 在實(shí)施例1中，其中i^e/TNT吸附劑的載鐵量為1%，其他條件不變，測(cè)得 Fe/TNT對(duì)五價(jià)砷的吸附量為18. 2mg/go實(shí)施例5 在實(shí)施例1中，其中i^e/TNT吸附劑的載鐵量為5%，其他條件不變，測(cè)得 Fe/TNT對(duì)五價(jià)砷的吸附量為16. 4mg/go實(shí)施例6 在實(shí)施例1中，其中五價(jià)砷的初始濃度為3mg/L時(shí)，其他條件不變，F(xiàn)e/ TNT對(duì)砷的吸附量為15. 2 mg/g。實(shí)施例7 在實(shí)施例1中，其中五價(jià)砷的初始濃度為0. 01mg/L,其他條件不變，吸附后溶液中未檢測(cè)到五價(jià)砷。實(shí)施例8 在實(shí)施例1中，其中五價(jià)砷溶液的pH值為1. O時(shí)，其他條件不變，F(xiàn)e/TNT 對(duì)五價(jià)砷的吸附量為9. 7 mg/g。實(shí)施例9 在實(shí)施例1中，其中五價(jià)砷溶液的pH值為6. 5時(shí)，其他條件不變，F(xiàn)e/TNT 對(duì)五價(jià)砷的吸附量為13. O mg/g。實(shí)施例10 在實(shí)施例1中，其中吸附時(shí)間為24h時(shí)，其他條件不變，F(xiàn)e/TNT對(duì)五價(jià)砷的吸附量為25. 9 mg/g。實(shí)施例11 在實(shí)施例1中，其中吸附時(shí)間為池時(shí)，其他條件不變，F(xiàn)e/TNT對(duì)五價(jià)砷的吸附量為19. 8 mg/g。實(shí)施例12 在實(shí)施例1中，其中吸附溫度為313 K時(shí)，其他條件不變，F(xiàn)e/TNT對(duì)五價(jià)砷的吸附量為21. O mg/g。實(shí)施例13 在實(shí)施例1中，其中吸附溫度為觀8 K時(shí)，其他條件不變，F(xiàn)e/TNT對(duì)五價(jià)砷的吸附量為35. 5 mg/g。對(duì)比例2 以普通活性炭粉末為吸附劑，吸附條件同實(shí)施例1，測(cè)得活性炭粉末對(duì)五價(jià)砷的吸附量為6. 7mg/g，其結(jié)果見(jiàn)圖2。圖中結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的吸附劑(活性炭)相比， 載鐵TiO2納米管對(duì)水中五價(jià)砷的吸附量要明顯高于活性炭，說(shuō)明載鐵TiO2納米管對(duì)水中的五價(jià)砷具有良好的吸附性能。
權(quán)利要求
1.一種采用載鐵二氧化鈦納米管吸附去除水中低濃度五價(jià)砷的方法，其特征在于包括以下步驟步驟1，載鐵TiA納米管的制備以水熱法制備出的TiA納米管為基體、FeCl3為鐵源、 以鹽酸作為浸漬液，在室溫下，將TiO2納米管浸漬在酸性FeCl3溶液中，攪拌后烘干得到載鐵TW2納米管；步驟2，以載鐵TW2納米管為吸附劑，對(duì)水中的五價(jià)砷進(jìn)行吸附。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用載鐵二氧化鈦納米管吸附去除水中低濃度五價(jià)砷的方法，其特征在于步驟1中所述的浸漬液鹽酸的濃度為0. 05 3mol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用載鐵二氧化鈦納米管吸附去除水中低濃度五價(jià)砷的方法，其特征在于步驟1中TW2納米管上的載鐵量為0 5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用載鐵二氧化鈦納米管吸附去除水中低濃度五價(jià)砷的方法，其特征在于步驟2中所述的水中五價(jià)砷的初始濃度為0. 01 ;3mg/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用載鐵二氧化鈦納米管吸附去除水中低濃度五價(jià)砷的方法，其特征在于步驟2中所述的載鐵TW2納米管對(duì)水中五價(jià)砷的吸附在pH=l 6. 5的環(huán)境下進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用載鐵二氧化鈦納米管吸附去除水中低濃度五價(jià)砷的方法，其特征在于步驟2中吸附時(shí)間為2 Mh，溫度為288 313K。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用鐵鹽浸漬改性TiO2納米管去除水中低濃度五價(jià)砷的方法。制備的TiO2納米管具有較高比表面積，由于含鐵物質(zhì)在水中易生成對(duì)五價(jià)砷有特殊絡(luò)合作用的表面羥基，因此將鐵作為活性物質(zhì)負(fù)載在TiO2納米管表面，可獲得對(duì)五價(jià)砷有較高吸附性能的新型吸附劑。以載鐵TiO2納米管為吸附劑去除水中的五價(jià)砷的方法主要包括以下步驟(1)以TiO2納米管為基體采用浸漬法在酸性環(huán)境中制備載鐵TiO2納米管；(2)以載鐵TiO2納米管為吸附劑，對(duì)水中的五價(jià)砷進(jìn)行高效吸附。本發(fā)明所用的載鐵TiO2納米管吸附劑性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)吸附材料，如活性炭。同時(shí)，制備方法簡(jiǎn)單，處理效果顯著，用于去除水源水和飲用水中的五價(jià)砷，具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。
文檔編號(hào)C02F1/58GK102249364SQ20111020528
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者周永, 孟繁春, 安立超, 江芳 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)