[实用新型]一种纳米氧化铁改性石英砂滤材

说明书

技术领域

本实用新型涉及改性石英砂滤材，具体涉及一种纳米氧化铁改性石英砂滤材。 

背景技术

随着检测手段的进步和水中有机物检出种类的增加，饮用水标准对有机物的种类和含量作了越来越严格的限制。新水质标准总共增加了71项指标，而有机化合物指标增加比例占70%。而微污染有机物指标，尤其是低分子量溶解性有机物、纳米级污染物是水处理领域的难点问题之一。解决上述问题的关键是强化过滤技术中的滤材。影响滤材过滤吸附效果的因素主要有，石英砂载体粒半径的大小；吸附层的组成，吸附层厚度、表面孔隙孔径的大小等。如何设计和制备一种适应微污染物去除，且制备工艺简单，生产成本低的滤材是目前业界亟待解决的关键问题。 

目前国内外研制的各种新型滤料都是朝着改善滤料表面特性来进行，即将传统滤料进行改性来提高滤料表面的截污能力。其中，通过化学反应附着一层活性氧化剂作为改性剂的改性滤料，能够有效提高滤料对某些特殊物质的吸附能力，并增强滤池的截污能力，从而有效去除水中的重金属离子、有机物、细菌和病毒、藻类等多种有毒有害的微污染物质，改善水质。有实验证明，在诸多改性滤料中，氧化铁改性石英砂滤材对有机物的去除率最高，吸附时间最短。美国环保局已经提出将氧化铁改性石英砂滤材作为一个新兴的除砷过滤技术用于供水设施。 

改性滤料的原理是根据物理化学理论，比表面积较大的固体常常是不稳定的，当条件许可时，总是要吸附一些细小的颗粒，以表面变为平滑和无活性达到稳定。当改性剂粘附在滤料上时，无数的微型颗粒堆积在滤料表面,造成比原滤料大得多的比表面积，并呈多孔状，这种大比表面积将形成其良好的吸附性能。同时滤料等电点(PZC)时的pH值由于原来的0.7～2.2提高到了7.5～10.3左右，使得改性滤料在中性水的环境下带正电，又由于大部分水中的颗粒表面都带有负电荷，这十分有利于去除微污染水中的有机物。改性滤料只需更换滤料，不需添加任何药剂，即可达到去除水中有机物和悬浮颗粒的双重目的，这种做法比较适合我国目前给水处理的现状。表1为普通滤料和改性滤料的性能对比情况。 

当今，氧化铁改性石英砂滤材的制备方法主要有反复沉淀法和加热蒸发法。其中反复沉淀法是通过金属盐与碱反应生成金属氢氧化物沉淀，然后变成金属氧化物；而加热蒸发法则是通过加热使金属盐水解产生氢氧化物沉淀，然后再转变成为金属氧化物附着在滤料表面上。已有的研究成果显示：反复沉淀法容易控制，易于实现，且吸附容量大，但所得的覆盖层容易脱落；加热蒸发法比反复沉淀法制备出的滤料附着强度要高，其表面形成的物质更有利于静电吸附作用的发挥，但所得滤材的吸附容量仍不理想。上述技术主要存在以下几个急需解决的瓶颈问题：包括吸附容量不足、反冲洗脱附难、附着强度不强、负载量较低、表面孔径、吸附污染物种类单一等，从而影响了氧化铁改性石英砂滤材的实际应用和推广。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种纳米氧化铁改性石英砂滤材，用于吸附纳米级污染物，特别适用于饮用水的净化处理。 

本实用新型的纳米氧化铁改性石英砂滤材，包括石英砂载体及包裹于所述载体上的纳米氧化铁吸附层，所述的滤材为瘤球状，石英砂载体粒半径大小为500～1200μm；所述纳米氧化铁吸附层厚为25～65μm，滤材表面孔隙孔径的大小为0.2～1.0μm。所述纳米氧化铁吸附层主要由FeO₃ 颗粒组成。 

所述FeO₃颗粒粒径大小为0.1～0.8μm。 

本说明书所述的瘤球状是指表面布满不规则颗粒体，表面凹凸不平的球状体。 

氧化铁颗粒尺寸小到纳米级（1～100nm）时，其表面原子数、比表面积和表面能等均随着粒径的减小而急剧增加，从而表现出小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特点，具有良好的光学性质、磁性、催化性能等，在光吸收、医药、磁介质及催化等方面具有广泛的应用^[45]。