[发明专利]用来从水溶液中除去污染物的方法和组合物

说明书

相关申请交叉引用

本申请根据35 U.S.C§119(e)要求2006年7月13日提交的美国临时申请第60/830592号的优先权，其说明书参考结合入本文。

技术领域

本发明涉及用来从水溶液中除去污染物的方法和组合物。

背景技术

地下水污染、特别是砷(“As”)污染，是全世界所面临的问题。在一些国家，水中可接受的砷含量是50微克/升，在美国，饮用水标准是最高10微克/升。

由于水和其它水溶液中的污染物的问题，人们开发出了许多用来从这些溶液中除去污染物的方法。常见的技术包括化学凝结/沉淀法、薄膜分离法和吸附法。吸附法的一个例子可参见美国公开第2004262225号，该文献揭示了使用四方纤铁矿(一种羟基氧化铁)作为离子吸附介质，用来从水中除去砷，将其固定在用于过滤系统的载体介质上。该文献揭示了四方纤铁矿的浓度为1.2-1.7重量％，石灰石粒度为425-2000微米，石灰石包含约20-25重量％的酸溶性固体。

尽管现有技术揭示了使用羟基氧化铁作为离子吸附介质从水中除去污染物，但是该文献并未解决单独使用羟基氧化铁的问题。铁(“Fe”)的氧化物提供了很高的去除污染物的能力，具体来说是去除砷的能力，但是单独使用时为了能够有效地去除污染物，需要具有高表面积。

发明内容

本发明通过提供涂敷了至少一种羟基氧化铁(iron oxyhydroxide)的石灰石的组合，解决了这一问题。该组合提供了较高的去除污染物的能力，而不存在单独使用石灰石所存在的问题。另外，与单独使用市售羟基氧化铁的情况相比，本发明的组合能够更有效地利用每单位质量介质中的铁。例如，对于在高流速条件下测得的排放废水中10ppb的砷的穿透容量，本发明的铁含量为2-30％的石灰石-铁涂敷材料的穿透容量大于现有技术中揭示的铁含量为65％的单独的市售氧化铁的穿透容量。

具体实施方式

砷和其它污染物通常吸附在具有对pH值敏感的污染物结合能力的基材上。一种这样的基材是石灰石。

在本文中，术语“石灰石”表示碳酸钙(CaCO₃)基无机材料。碳酸钙基无机材料表示包含至少50重量％、最优选85-97重量％的CaCO₃的材料。这些材料包括但不限于霰石、球霰石、大理石、白云石和石灰石。另外，石灰石可包括各种含量的石英(包括二氧化硅)、粘土、淤泥和砂子，它们作为石头中的散布物、岩球或层。石灰石中有时会包含杂质，例如砂子、有机残余物和其它材料。根据形成方法，石灰石可以是晶体、碎屑、颗粒状或大块状的。方解石、石英、白云石或重晶石的晶体可以在岩石中的小空穴内排列。石英粉末的尺寸通常为10-100微米，石灰石碎片可以具有许多不同的大于粉末的尺寸。石灰石的组成通过方解石与石英的比例来确定。

在本文中，术语“介质”定义为涂敷的或未涂敷的石灰石，涂敷的或未涂敷的活性碳，以及它们的组合。

在本文中，术语“水合氧化物”与“羟基氧化物”含义相同，表示随着原溶液中pH值的增大，金属阳离子发生沉淀而在水中形成的不溶化合物。根据Millero，F.在“Fe(III)在海水中的溶解度(Solubility ofFe(III)in seawater)”，Earthand Planetary Science Letters 154(1998)323-329中的定义，极难溶于水意味着材料在pH＝7-8时的溶解度常数为10^-13至10^-14.3。所述水合氧化物可以主要是单独一种金属的氧化物或氢氧化物，或者两种或更多种金属的混合物。所述金属水合氧化物可以以带负价、中性或正价的形式存在。所述金属水合氧化物的结构可以是无定形的或晶态的。本发明的金属的例子包括但不限于铁、铝、镧、钛、锆、锌和镁。

在本文中，术语“无定形(羟基)氧化铁”表示通过X射线衍射分析、用Scherrer公式计算得到的粒度小于10纳米的水合氧化物颗粒。

在本文中，氧化铁和羟基氧化铁可以用通式FeOOH表示。可用于本发明的氧化铁的例子包括但不限于无定形氧化铁和晶体形式，例如针铁矿、纤铁矿、斯沃特曼铁矿(schwertmannite)、六方纤铁矿(feroxhyte)、水铁矿、赤铁矿、磁铁矿、磁赤铁矿、方铁矿、稀烃沥青和绿锈。

本发明的一个方面提供了一种从水溶液中除去污染物的方法，该方法包括：