[发明专利]用于水处理的吸附床

说明书

技术领域

本发明涉及可用于水处理的吸附床。

背景技术

地下水污染，特别是被砷元素污染是一个全球性的问题。已经开发了很多将 污染物从水和其它水溶液中分离出来的方法。通常的技术包括化学凝结/沉淀法、 薄膜分离法和吸附的方法。例如美国专利No.6,994,792公开了包括水合氧化铁的 吸附材料。然而，选择性吸附材料和吸附床对水处理是有用的。

本发明要解决的问题是提供一种选择性吸附床，所述吸附床能用于水处理。

发明内容

本发明提供了一种吸附床，所述吸附床包含水合氧化铁和碳酸钙材料，所述 吸附床具有第一部分和第二部分，所述第一部分的铁含量为35至50重量％、钙含 量为1至10重量％，所述第二部分的铁含量为0.5至5重量％、钙含量为30至 40重量％。

具体实施方式

本文中所用的百分数均为重量百分数(wt％)，温度均为℃，除非另外说明， 例如体积百分数(vol％)以及按干重计算的元素百分数。“碳酸钙材料”是指碳 酸钙含量至少为50％，或者碳酸钙含量至少为85％，或者碳酸钙含量至少为90％的 材料；在一些实施方案中，碳酸钙含量最多可达97％。含碳酸钙的材料的例子包 括：石灰石、霰石、球霰石、大理石、白云石和珊瑚等。这些材料通常包含不同量 的二氧化硅、粘土、淤泥和沙粒，它们可以是晶状的，碎屑状的、粒状的或者是块 状的，这取决于它们的形成方式。方解石、石英、白云石或重晶石的晶体可能填在 岩石的小洞中。在本发明的一些实施方案中，碳酸钙材料是石灰石粉末，所述粉末 的平均粒径为10至100微米，或者是30至70微米。在一些实施方案中，所述物 质包含石灰石碎片，所述碎片的尺寸适宜范围是100微米至10毫米，或者100微 米至800微米，或者是150至500微米。

术语“水合氧化物”或者“氢氧化合物”是指在高pH值的水中沉淀出来的铁 化合物的混合物。水合氧化物可以是铁的氧化物和/或氢氧化物。它们的结构可以 是非结晶的或结晶的。本发明中有用的铁的氧化物的实例包括非结晶和结晶形式， 包括：针铁矿、纤铁矿、施氏矿物(schwertmannite)、四方纤铁矿、六方纤铁矿 (feroxhyte)、水合铁矿(ferrihydrite)、赤铁矿、磁铁矿、磁赤铁矿、方铁体、 稀烃沥青和绿锈(green rusts)等。一般情况下，铁的水合氧化物是通过加入碱的 水溶液将铁盐水溶液的pH升高至3以上而形成的，较好的是将pH升高至5至7。 在本发明的一些实施方案中，用于本发明的吸附床的吸附剂是通过使碳酸钙材料颗 粒和铁化合物混合，形成覆有铁的颗粒而制得的。可采用下述方法在含有碳酸钙的 材料的颗粒上涂覆水合氧化物：在pH低于3的情况下，向含有所述颗粒和铁盐 (较好是三氯化铁(III))水溶液的反应器中加入碱。涂层的平均厚度为5至50 微米。所述含碳酸钙材料的覆盖率可以是全部的，也可以是部分的。在本发明的一 些实施方案中，所述覆有铁的颗粒的表面积为20至80m²/g，孔径为20至50埃(用 BET孔隙度测定法测得)。在本发明的一些实施方案中，从涂覆颗粒中排出过量的 水，使所述颗粒干燥，达到水分含量为2至30％，或者为2至15％。在本发明的一 些实施方案中，使所述碳酸钙材料与亚铁(二价铁)盐的溶液接触，然后再与氧化 剂接触，在碳酸钙材料上形成水合铁(三价)氧化物的沉淀。合适的氧化剂包括过 氧化氢、高锰酸盐和二氧化锰。

较好的是，在新制得的涂覆铁的颗粒中，以干重计，铁的含量为1％至50％。在 本发明的一些实施方案中，铁的含量至少为2％，或者至少为3％，或者至少为4％。 在一些实施方案中，铁的含量不多于25％，或者不多于15％，或者不多于10％，或 者不多于8％。

在本发明的一些实施方案中，吸附床是如下制得的：用涂覆铁的碳酸钙材料填 充所述吸附床，然后通过使水位上升再使水位下降来使所述吸附床膨胀。使所述吸 附床的膨胀可以重复多次。较好的是，使所述床膨胀到原体积的1.5到3倍，或者 是1.5到2.5倍。所述膨胀使所述床内产生密度梯度，在床的底部密度较大，而在 上面部分密度较小。在本发明的一些实施方案中，所述吸附床是通过向所述床加入 一种材料，然后再加入其它材料而制得的。通过这样的方法，密度较大的部分可以 在床的底部，也可以在床的顶部。