专利名称：一种Zr掺杂β-FeOOH阴离子交换型除砷吸附剂的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种除砷吸附剂的制备方法，具体地说涉及一种Zr掺杂 卩-FeOOH阴离子交换型吸附剂的制备方法。
背景技术：
砷是一种原生质毒物，具有广泛的生物效应，已经被美国疾病控制中心和 国际癌症研究机构确定为第一类致癌物质。WHO以及日本、德国、美国等发达 国家已将砷的卫生标准降到0.01 mg七"，我国和其它大多数国家目前的饮用水标 准为0.05mg丄'1。引用水标准的提高给饮用水除砷技术带来新的挑战。利用吸附 法去除水中污染物具有效率高、速度快、适应性强和易操作等优点，被广泛应用 于各种给水与废水处理中。无机砷主要以五价和三价状态存在，其中三价砷的毒 性远远高于五价砷，且比五价砷具有更高的溶解性和迁移性。三价砷通常以中性 状态存在，现有的各种方法都不不易将之去除，现有的吸附剂对三价砷的去除效 果较差， 一般需预氧化成五价砷再进行去除，不易操作，增加了运行成本费用较 高。文献调研发现p-FeOOH具有孔道结构，可与阴离子进行离子交换。而Zr 对As具有选择性吸附性能。制备Zr掺杂(3-FeOOH阴离子交换型吸附剂可提高 对砷的吸附容量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对砷具有高效吸附容量的阴离子交换型吸附材料。
为实现上述目的，本发明通过液相均匀沉淀法制备了 Zr掺杂p-FeOOH阴离 子交换型吸附剂，该吸附剂的除砷效果比P-FeOOH及Zr氧化物相比有了很大提 高，尤其表现出了对As(III)良好的吸附选择性。该制备方法简单，费用较低，易 于应用。
3具体地说，本发明的制备方法为
将FeCl3'6H20、 ZrOCl2'8H20和CO(NH2)2按一定比例配制成一定浓度的混 合溶液，其中FeCl3'6H20与ZrOClr8H20的质量比为16:8-14; FeCl3'6H20与 ZrOCl2'8H20的总浓度为0.05-0.3 mol.L";CO(NH2)2与(FeCl3'6H20+ZrOa2'8H20) 的质量比为15:5-9;然后将混合液放入80-200'C的烘箱中保温4小时，反应生成 棕色沉淀，将沉淀用去离子水洗涤，然后在40'C干燥48小时，即可制得Zr掺 杂p-FeOOH阴离子交换型吸附剂。
图1为本发明制备的Zr掺杂p-FeOOH的XRD图。
图2为本发明制备的不同Zr掺杂量的p-FeOOH吸附砷性能图。
图3为本发明制备的Zr掺杂p-FeOOH对砷的吸附等温线。
图4为本发明制备的Zr掺杂p-FeOOH吸附As(III)过程中Cl—释放随吸附量
变化图。
具体实施例方式
通过下面给出的实施例和应用例，可以看出本发明的技术特征和优点。 1. Zr掺杂P-FeOOH阴离子交换型吸附剂的结构特性和除砷性能 吸附剂的制备采用液相均匀沉淀法，将一定量的FeCly6H20、 ZrOClr8H20 和CO(NH2)2配制成 一 定比例 一 定浓度的混合溶液，其中FeCl3*6H20与 ZrOCl2'8H20的质量比为16:0-14 ; FeCl3'6H20与ZrOCl2'8H20的总浓度为0.2 mol'L"; CO(NH2)2与(FeCl3'6H20+ZrOClr8H20)的质量比为15:9;然后将混合液 放入10(TC的烘箱中保温4小时，反应生成棕色沉淀，将沉淀用去离子水洗涤，然 后在4(TC干燥48小时，即可制得不同Zr掺杂量的Zr掺杂(3-FeOOH阴离子交换型吸 附剂。将其中FeCly6H2O与ZrOClr8H2O的质量比为16:10的样品进行X射线衍射 分析。将制备的不同Zr掺杂量的Zr掺杂P-FeOOH吸附剂分别对As(V)和As(IH)进 行吸附，分别在150mL的具塞锥形瓶中加入100mL10mgU1的As(V)或As(III) 溶液，溶液初始pH7.0，将制备好的各不同Zr掺杂量的卩-FeOOH0.01g投入到各 锥形瓶中，将锥形瓶放入震荡器中，以180转每分钟的速度震荡24小时，然后将 各溶液取出5毫升过0.45pm的滤膜，As浓度用原子荧光光谱仪进行检测。将FeCly6H2O与ZrOCl2'8H2O的质量比为16:10的样品分别对As(V)和As(III)进行吸 附，分别在150mL的具塞锥形瓶中加入100mLAs(V)或As(m)，初始浓度分别为 5、 10、 20、 30、 40、 50mgL"，用HNO3和NaOH溶液调节pH值到7.0土0.1，向此 溶液中加入0.01g吸附剂，将锥形瓶放入震荡器中，以180转每分钟的速度震荡24 小时，然后将各溶液取出5毫升过0.45pm的滤膜，As浓度用原子荧光光谱仪进行 检测。
图l为Zr掺杂l3-FeOOH阴离子交换型吸附剂的X射线衍射图(其中FeCly6H20 与ZrOCly8H20的质量比为16:10)，分析这个样品的XRD图谱可以发现，氧化物 以(3-FeOOH形态存在，无Zr的衍射峰，Zr掺杂入p-Fe(OOH)的晶格中。p-FeOOH
具有孔道结构，本方法制备的样品中cr占据其中的孔道。
图2给出了不同Zr掺杂量的P-FeOOH阴离子交换型吸附剂对As( V)和As(III) 的吸附能力，由图可以看出纯(3-FeOOH和Zr氧化物对砷的吸附能力很弱，当Fe:Zr 在6:4-l:9之间时，对砷的去除率较高，Zr的掺杂提高了对砷的吸附能力。
图3给出了 Zr掺杂卩-FeOOH阴离子交换型吸附剂(其中FeCly6H20与 ZrOCl2'8H2O的质量比为16:10)对As(V)和As(m)的吸附等温线，其对As(V)和 As(III)的吸附量分别为60 mg g"和120 mg g—1，其对As(III)的吸附量大于其它文献 报道的材料。
2.Zr掺杂p-FeOOH阴离子交换型吸附剂除砷机制
将做As(m)吸附等温线时得到的溶液，用离子色谱检测溶液中的cr浓度。 图4给出了在砷的吸附过程中cr的释放与吸附量之间的关系，随着吸附量的
增加，cr的浓度逐渐增加，这表明砷是与吸附剂孔道结构中的cr发生交换而去除。
权利要求
1.一种Zr掺杂β-FeOOH阴离子交换型除砷吸附剂的制备方法，其主要步骤为将FeCl3·6H2O、ZrOCl2·8H2O和CO(NH2)2按一定比例配制成一定浓度的混合溶液，其中FeCl3·6H2O与ZrOCl2·8H2O的质量比为16∶8-14；FeCl3·6H2O与ZrOCl2·8H2O的总浓度为0.05-0.3mol·L-1；CO(NH2)2与(FeCl3·6H2O+ZrOCl2·8H2O)的质量比为15∶5-9；然后将混合液放入80-200℃的烘箱中保温4小时，反应生成棕色沉淀，将沉淀用去离子水洗涤，然后在40℃干燥48小时，即可制得Zr掺杂β-FeOOH阴离子交换型吸附剂。
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，FeCl3'6H20与ZrOCl2'8H20 的质量比为16:8-12。
3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，FeCl3，6H20与ZrOCl2，8H20 的总浓度为0.1-0.3 mol七—、
4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，CO(NH2)2与 (FeCl3'6H20+ZrOCl2'8H20)的质量比为15:6-9。
5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，混合液放入80-17(TC的烘箱 中保温4小时。
全文摘要
一种Zr掺杂β-FeOOH阴离子交换型除砷吸附剂的制备方法。将ZrOCl<sub>2</sub>·8H<sub>2</sub>O、FeCl<sub>3</sub>·6H<sub>2</sub>O和CO(NH<sub>2</sub>)<sub>2</sub>按一定比例配制成一定浓度的混合溶液，其中FeCl<sub>3</sub>·6H<sub>2</sub>O与ZrOCl<sub>2</sub>·8H<sub>2</sub>O的质量比为16∶8-14；FeCl<sub>3</sub>·6H<sub>2</sub>O与ZrOCl<sub>2</sub>·8H<sub>2</sub>O的总浓度为0.05-0.3mol·L<sup>-1</sup>；CO(NH<sub>2</sub>)<sub>2</sub>与(FeCl<sub>3</sub>·6H<sub>2</sub>O+ZrOCl<sub>2</sub>·8H<sub>2</sub>O)的质量比为15∶5-9；然后将混合液放入80-200℃的烘箱中保温4小时，反应生成棕色沉淀，将沉淀用去离子水洗涤，然后在40℃干燥48小时，即可制得Zr掺杂β-FeOOH阴离子交换型吸附剂。
文档编号B01J20/30GK101632919SQ20081011720
公开日2010年1月27日 申请日期2008年7月25日 优先权日2008年7月25日
发明者孙笑非, 春 胡 申请人:中国科学院生态环境研究中心