專利名稱：一種納米氧化鐵改性石英砂濾材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及改性石英砂濾材，具體涉及一種納米氧化鐵改性石英砂濾材。
背景技術(shù)：
隨著檢測手段的進(jìn)步和水中有機(jī)物檢出種類的增加，飲用水標(biāo)準(zhǔn)對有機(jī)物的種類和含量作了越來越嚴(yán)格的限制。新水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)總共增加了 71項指標(biāo)，而有機(jī)化合物指標(biāo)增加比例占70%。而微污染有機(jī)物指標(biāo)，尤其是低分子量溶解性有機(jī)物、納米級污染物是水處理領(lǐng)域的難點(diǎn)問題之一。解決上述問題的關(guān)鍵是強(qiáng)化過濾技術(shù)中的濾材。影響濾材過濾吸附效果的因素主要有，石英砂載體粒半徑的大??；吸附層的組成，吸附層厚度、表面孔隙孔徑的大小等。如何設(shè)計和制備一種適應(yīng)微污染物去除，且制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低的濾材是 目前業(yè)界亟待解決的關(guān)鍵問題。目前國內(nèi)外研制的各種新型濾料都是朝著改善濾料表面特性來進(jìn)行，即將傳統(tǒng)濾料進(jìn)行改性來提高濾料表面的截污能力。其中，通過化學(xué)反應(yīng)附著一層活性氧化劑作為改性劑的改性濾料，能夠有效提高濾料對某些特殊物質(zhì)的吸附能力，并增強(qiáng)濾池的截污能力，從而有效去除水中的重金屬離子、有機(jī)物、細(xì)菌和病毒、藻類等多種有毒有害的微污染物質(zhì)，改善水質(zhì)。有實驗證明，在諸多改性濾料中，氧化鐵改性石英砂濾材對有機(jī)物的去除率最高，吸附時間最短。美國環(huán)保局已經(jīng)提出將氧化鐵改性石英砂濾材作為一個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，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，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。同時濾料等電點(diǎn)(PZC)時的PH值由于原來的O. 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。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目前給水處理的現(xiàn)狀。表I為普通濾料和改性濾料的性能對比情況。當(dāng)今，氧化鐵改性石英砂濾材的制備方法主要有反復(fù)沉淀法和加熱蒸發(fā)法。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，易于實現(xiàn)，且吸附容量大，但所得的覆蓋層容易脫落；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，但所得濾材的吸附容量仍不理想。上述技術(shù)主要存在以下幾個急需解決的瓶頸問題包括吸附容量不足、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，從而影響了氧化鐵改性石英砂濾材的實際應(yīng)用和推廣。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種納米氧化鐵改性石英砂濾材，用于吸附納米級污染物，特別適用于飲用水的凈化處理。本實用新型的納米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納米氧化鐵吸附層，所述的濾材為瘤球狀，石英砂載體粒半徑大小為500 1200 μ m ;所述納米氧化鐵吸附層厚為25 65 μ m,濾材表面孔隙孔徑的大小為O. 2 I. O μ m。所述納米氧化鐵吸附層主要由FeO3顆粒組成。所述FeO3顆粒粒徑大小為O. I O. 8 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，表面凹凸不平的球狀體。氧化鐵顆粒尺寸小到納米級(I IOOnm)時,其表面原子數(shù)、比表面積和表面能等均隨著粒徑的減小而急劇增加，從而表現(xiàn)出小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等特點(diǎn)，具有良好的光學(xué)性質(zhì)、磁性、催化性能等，在光吸收、醫(yī)藥、磁介質(zhì)及催化等方面具有廣泛的應(yīng)用[45]。目前國內(nèi)外所有的學(xué)者有關(guān)IOCS的研究均是采用普通的FeCl3、Fe(NO3)3等改性 劑制備獲得的，而采用FeO3納米改性石英砂國內(nèi)外還未見諸報道。納米FeO3作為納米材料，具有傳統(tǒng)固體所不具備的許多特殊基本性質(zhì)，如表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀隧道效應(yīng)和界電限域效應(yīng)等。就吸附性能而言，納米FeO3由于有大的比表面積和表面原子配位不足，與相同材質(zhì)的大塊材料相比，對非電解質(zhì)、電解質(zhì)都有很強(qiáng)的吸附特性。納米FeO3表面帶正電荷，而且還有磁性，能吸附帶負(fù)電荷的有機(jī)污染物和磁性的重金屬。經(jīng)BET比表面積測定結(jié)果顯示，納米氧化鐵改性石英砂的比表面積較普通的氧化鐵改性石英砂比表面積提高10倍，較未改性的石英砂比表面積提高100倍以上，極大提高了濾料的吸附容量，表面孔隙尺寸達(dá)納米級，對于吸附納米級的污染顆粒更有效。且制備工藝方法簡單，生產(chǎn)成本低廉。

圖I是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如圖I所述，本實用新型包括石英砂載體I及包裹于所述載體上的納米氧化鐵吸附層2，所述的濾材為瘤球狀，石英砂載體I粒半徑大小為500 1200 μ m ;所述納米氧化鐵吸附層2厚為25 65 μ m,濾材表面孔隙4孔徑的大小為O. 2 I. O μ m。所述納米氧化鐵吸附層主要由FeO3顆粒3組成。所述FeO3顆粒3粒徑大小為O. I O. 8 μ m。一、本實用新型的制備方法。(一)篩取未改性石英砂。I、用孔徑分別為O. 5 _和I. 2_的篩網(wǎng)篩選天然未經(jīng)處理的石英砂，獲得直徑范圍為O. 5 I. 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)，烘干。3、用 O. lmol/L 的 HCl 溶液酸浸 24h。4、再用蒸餾水沖洗干凈，至PH值中性后停止沖洗，烘干備用。[0021](二)改性劑采用納米Fe2O3醇或酮分散液。(三)表面改性處理。I、將上述備用的未改性石英砂與納米Fe2O3醇分散液混合。其中，改性劑投加量與RQS質(zhì)量的比值為C2=O. lmL/g。于恒溫100°C水浴鍋中水浴加熱烘干。2、將烘干后的混合體在2504 50 V的溫度下，煅燒2 4h。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)載上的納米氧化鐵顆粒，直至洗出液呈中性，烘干，獲得納米氧化鐵改性石英砂濾材。選取適量的樣品，通過掃描電子顯微鏡(SEM)放大5000倍對樣品表面進(jìn)行觀察， 其結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括石英砂載體I及包裹于所述載體上的納米氧化鐵吸附層2。石英砂載體I粒半徑大小為500 1200 μ m。納米氧化鐵吸附層2厚為25 65 μ m，主要由FeO3顆粒3組成，F(xiàn)eO3顆粒3粒徑大小為O. I O. 8 μ m。濾材表面孔隙4孔徑的大小為O. 2 I μ m0二、對照例普通改性石英砂的制備方法。(一)、制備改性劑濃度為2mol/L的FeCl3水溶液。稱取分子量M為270. 29，純度為分析純的FeCl36H20 108. 116g置于IOOml的燒杯中，倒入50ml左右的雙蒸水，并在1500 的電爐上加熱溶解5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。(二 )、表面改性處理。I、稱取上述未改性石英砂50g，在250ml燒杯中將其與改性劑混合。其中，改性劑投加量與未改性石英砂質(zhì)量的比值=C1=O. 25 mL/g。充分?jǐn)嚢韬笾糜?10°C烘箱中烘干24h，烘干過程中不對混合液進(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，煅燒時間t=3h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，獲得普通氧化鐵改性石英砂濾材。取本實用新型的納米氧化鐵改性石英砂濾材、未改性石英砂、普通氧化鐵改性石英砂濾材用金埃譜BET比表面積測試儀(F-Sorb 2400)進(jìn)行測定，結(jié)果如下表所示
"改性濾料BET測定值
樣品BET測定值/(itf ■ #)未改性石英砂的B Er
___測定值
未改性石英砂0.2581.00
普通改性石英砂__2J85__1L￡7_
納米改性石英砂32.769127.01從上表可以看出，本實用新型比納米氧化鐵改性石英砂的比表面積較普通的氧化鐵改性石英砂比表面積提高10倍，較未改性的石英砂比表面積提高100倍以上，極大提高了濾料的吸附容量，具有優(yōu)良的吸附能力。
權(quán)利要求1.一種納米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納米氧化鐵吸附層，其特征在于所述的濾材為瘤球狀，所述石英砂載體的顆粒半徑大小為500 1200 iim;所述納米氧化鐵吸附層厚為25 65 iim，濾材表面孔隙孔徑的大小為0. 2 L 0 u m。
2.如權(quán)利要求I所述的濾材，其特征在于所述納米氧化鐵吸附層主要由FeO3顆粒組成。
3.如權(quán)利要求2所述的濾材，其特征在于所述FeO3顆粒粒徑大小為0.I 0. 8 ii m。
專利摘要本實用新型公開了一種納米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納米氧化鐵吸附層。其中，石英砂載體的粒半徑大小為500～1200μm。納米氧化鐵吸附層主要由FeO3顆粒組成，厚度為25～65μm。濾材表面孔隙孔徑的大小為0.2～1.0μm。經(jīng)BET比表面積測定顯示，本濾材的比表面積較普通的氧化鐵改性石英砂提高10倍，較未改性的石英砂比表面積提高100倍以上，極大提高了濾料的吸附容量，表面孔隙尺寸達(dá)納米級，對于吸附納米級的污染顆粒更有效。且制備工藝方法簡單，生產(chǎn)成本低廉。
文檔編號B01D39/06GK202366572SQ201120244699
公開日2012年8月8日 申請日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月12日
發(fā)明者葉挺進(jìn), 李冬梅, 李斌, 李紹秀, 蔣樹賢, 黃明珠, 黃輝 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)