[发明专利]锌锆复合氧化物负载IB族金属纳米粒子除砷吸附剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锌锆复合氧化物负载IB族金属纳米粒子除砷吸附剂及其制备方法。首先将IB族金属盐溶液、锌盐溶液和锆盐溶液配制混合金属盐溶液；然后以预调pH值的去离子水作为底液，将混合金属盐溶液和沉淀剂溶液加入进行共沉淀，终点pH值控制为7~10；滴加结束、继续搅拌，进行沉淀物的加热水解；离心分离得水解产物；再经洗涤、离心、烘干、焙烧即制得所述除砷吸附剂。本发明制得的除砷吸附剂，比表面积较大、孔径分布窄、金属纳米粒子高度分散负载至无定形态复合氧化物载体，具有去除率高、吸附容量大、使用量少和吸附速率快等特点，可用于地下水、地表水中低浓度砷污染物以及低浓度含砷工业废水的深度处理。

技术领域

本发明属于除砷吸附剂制备技术领域，具体涉及一种锌锆复合氧化物负载IB族金属纳米粒子除砷吸附剂及其制备方法。

背景技术

在化工、冶金、制酸、农药及采矿等工业排放的废水中常含有较高浓度的无机砷，主要以三价砷和五价砷形态存在，二者比例取决于废水的氧化还原电位和pH值。三价砷的毒性比五价砷高25~60倍，五价砷的毒性虽较低，但都会严重污染环境，破坏水体生态环境、甚至危害人类健康。因此，必须在含砷废水排放前对其进行净化处理，达到地表水质量标准后排放（< 0.05 mg/L），以保证地表水和地下水的水质安全。目前工业废水中高浓度砷的去除主要采用成熟的混凝/沉淀-过滤集成技术，处理出水砷浓度能达到约0.5 mg/L；但进一步降低砷的浓度（< 0.01 mg/L），需加入大大过量的化学药剂，使得废水处理成本剧增、同时产生大量的砷渣，易造成二次污染。采用离子交换法或膜过滤技术，处理成本高、操作运行和维护技术要求高，不适宜大规模、高浓度废水的工业化处理。吸附法是一种高效、适用范围广泛的低浓度砷处理技术，具有高效、经济、操作简便、可再生利用、应用范围广及无二次污染等优点。吸附处理技术的关键在于除砷吸附剂，目前含砷水处理采用的吸附剂主要是涂层砂、活性氧化铝和改性活性炭等。这些吸附剂存在吸附容量小、吸附选择性低或吸附剂溶出等问题。因此，开发经济、高效、快速、安全可靠和可再生利用的新型除砷吸附材料，是中外环境科研工作者目前和未来研究的热点。

文献调研和实验发现，铝、铁、锰、锌、钛、锆等金属的氧化物和氢氧化物，对水中砷均具有较好的吸附效果；其复合(氢)氧化物可进一步提高对砷的吸附能力。中国发明专利申请“高效除砷吸附剂Fe-Zr复合氧化物的研制方法”（申请号为200810056344.9）提供的Fe-Zr复合氧化物对高浓度三价砷具有良好的吸附效果，但对低浓度三价砷、五价砷的吸附量容量较低。中国发明专利申请“一种Zr掺杂β-FeOOH阴离子交换型除砷吸附剂的制备方法”（申请号为200810117202.9）公开了一种除砷吸附剂的制备方法，该方法简单、费用较低、易于应用，但对低浓度三价砷、五价砷的吸附量容量较低，而且随着吸附量的增加，吸附剂释放的Cl^-显著增加。中国发明专利“一种除砷吸附剂-铁铜复合氧化物及其制备方法”（专利号CN103127899B）公开了一种除砷吸附剂的制备方法，制备工艺简单，成本相对低廉，对五价砷和三价砷都有很好的去除效果，但搅拌吸附时间较长。Martinson和Reddy在“Adsorption of arsenic(III) and arsenic(V) by cupric oxide nanoparticles”（Journal of Colloid and Interface Science, 336 (2009): 406–411）一文中报道了CuO纳米粒子对五价砷和三价砷的吸附性能，最大吸附容量分别为22.6、26.9 mg/g，具有快速吸附（平衡时间5 min）、适用pH范围宽（pH6~10）等优点。Goswami等在“Arsenicadsorption using copper (II) oxide nanoparticles”（Chemical EngineeringResearch and Design, 90 (2012): 1387–1396）一文中报道了CuO纳米粒子对低浓度砷（<0.2 mg/L）具有很好的吸附性能、最大吸附容量达到1.09 mg/g，具有吸附剂易再生、再生吸附效果好的优点。但是这两个例子中纳米CuO除砷吸附剂均存在使用量较大、铜离子释放和纳米粒子残余导致的二次污染问题。