专利名称：高效除砷的钛-稀土复合吸附剂的制备方法
技术领域：
本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种可以用来吸附去除饮用水中有 害污染物砷的钛一稀土复合吸附剂的制备方法。
背景技术：
砷及其化合物会引起生物和人类急性或慢性砷中毒，严重危害健康。砷污 染的地下水是全球性问题，分布范围广，危害严重，目前是环境领域急需解决 的问题。在众多饮用水除砷技术中，吸附法是一种较为成熟且简单易行的处理 技术，适用于砷含量低的地下水，特别适合在偏远农村使用。
在吸附法除砷工艺中，常用活性氧化铝作为吸附剂，但活性氧化铝最佳适
用pH范围窄，吸附能力较低，而且铝离子易于溶出，造成二次污染。因此，国 内外学者对非铝的矿物吸附剂展开了大量研究，例如铁(氢)氧化物，复合金属 吸附剂等，这些吸附剂各有优点。目前研究的除砷吸附剂普遍存在吸附三价砷 的能力不强，往往需要先将三价砷氧化为五价砷，再用吸附法去除，这样就增 加了成本。因此，研究能同时去除三价砷和五价砷的高效吸附剂是国内外的研 究热点。近年来，研究表明纯二氧化钛在光照条件下能将三价砷氧化为五价砷， 因此在砷污染处理领域显示出很好的应用潜力。虽然纯二氧化钛对砷具有一定 的吸附能力，但不够理想，通过改性可能进一步提高其吸附砷的能力。
发明内容
针对现有吸附剂除砷的吸附量不高的问题，本发明的目的在于提出一种高 效除砷的钛一稀土复合吸附剂的制备方法，通过钛盐和稀土盐在高分子有机物 存在下先水解后沉淀制成，具有制备简单，吸附容量高，适用pH范围宽，容易 再生，性能稳定，吸附剂颗粒机械强度大的优点。
本发明的技术方案是这样实现的
一种高效除砷的钛一稀土复合吸附剂的制备方法，以钛盐和稀土盐为原料，
钛盐和稀土盐的摩尔比为1:4 10:1，在高分子有机物存在条件下，6(TC 100 "C加热至完全水解，然后调溶液pH至中性，生成沉淀，对沉淀产物进行水洗， 5(TC 12(TC干燥至恒重后即可。
所述的钛盐为硫酸钛或四氯化钛。
所述的稀土盐为硝酸铈、硫酸铈、氯化镧或硝酸镧。
所述的高分子有机物为聚乙烯醇或羟乙基纤维素。
硫酸钛的摩尔浓度为0. 1 0.4 mol/L，稀土盐的摩尔浓度为0.01 0.8mol/L，高分子有机物占整个反应体系的质量百分比为0. 096 % 0. 32 % 。
上述方法制备的高效除砷的钛一稀土复合吸附剂由纳米级的钛和稀土复合 氧化物颗粒聚集而成，含有的高分子有机物增加了颗粒吸附剂的机械强度。
本发明所述的高效钛一稀土吸附剂适用于去除水中的三价砷和五价砷。
本发明与现有的技术相比，具有以下优点
将稀土元素和钛元素进行掺杂，可以显著提高二氧化钛吸附剂的吸附除砷 能力。钛为纳米级的无定形态和锐钛矿二氧化钛颗粒，有较大的比表面积，而 ，土元素对阴离子有较强的亲和力，二者掺杂使得所研制的吸附剂的吸附容量
本发明的吸附剂通过简单的水解和沉淀制得，烘干温度低于120°C，因此 本发明具有工艺简单，操作方便的优点。该吸附剂对五价砷和三价砷的吸附量 明显优于常用的活性氧化铝，常温下在pH 4 8都有较高的吸附量，具有适用 PH范围宽，容易再生，可重复多次使用等特点。
具体实施例方式
实施例1
分别配制硝酸铈，硫酸钛和聚乙烯醇(PVA)的水溶液，硫酸钛和硝酸钸的 摩尔浓度分别为0.2和0.02mol/L，聚乙烯醇(PVA)占整个反应体系的质量百 分比为O. 16%,在聚乙烯醇(PVA)存在条件下，80。C加热水解2h，然后调溶 液pH至中性，生成沉淀，对沉淀产物进行水洗，IO(TC干燥至恒重后，即获得 钛—铈复合吸附剂试样l。
将试样1的粉末吸附剂用于吸附五价砷。在100 mL砷溶液中加入0.01 g 的试样1，在温度为25°C， pH 6.5，转速150 r/min，初始砷浓度为5 mg/L条 件下进行吸附实验，吸附平衡后的吸附量为40.6mg/g，是商品活性氧化铝和纯 二氧化钛在同样条件下吸附量的3. 2倍和2倍。
将试样1的粉末吸附剂用于吸附三价砷。在100 mL砷溶液中加入0.01 g 的试样l，在温度为25。C， pH 6.5，转速150 r/min，初始砷浓度为5 mg/L条 件下进行吸附实验，吸附平衡后的吸附量为34. lmg/g，为商品活性氧化铝和二 氧化钛在同样条件下吸附量的14. 5倍和1. 9倍。
实施例2
分别配制氯化镧，硫酸钛和聚乙烯醇(PVA)的水溶液，硫酸钛和氯化镧的 摩尔浓度分别为0.4和0.05mol/L，聚乙烯醇(PVA)占整个反应体系的质量百 分比为0. 16% ，按照实施例1方法制得钛一镧复合吸附剂试样2。
将试样2的粉末吸附剂用于吸附五价砷。在100 mL砷溶液中加入0. Olg的 试样2，在温度为25°C， pH 6. 5，转速150 r/min，初始砷浓度为5 mg/L条件下进行吸附实验，吸附平衡后的吸附量为41.6mg/g，为对照组商用活性氧化铝 和纯二氧化钛在同样条件下吸附量的3. 3倍和2. 1倍。
实施例3
以硫酸铈，四氯化钛和羟乙基纤维素为原料，四氯化钛和硫酸铈的摩尔浓度 分别为0.2和0.8 mol/L，羟乙基纤维素占整个反应体系的质量^"分比为 0.16%，在羟乙基纤维素存在条件下，6(TC水解2h，然后调溶液pH至中性， 生成沉淀，对沉淀产物进行水洗，5(TC干燥至恒重后，即获得钛一铈复合吸附 剂试样3。
将试样3的粉末吸附剂用于吸附五价砷。在100 mL砷溶液中加入0.01 g 的试样3，在温度为25。C， pH 6.5，转速150 r/min，初始砷浓度为5 mg/L条 件下进行吸附实验，吸附平衡后的吸附量为31.2 mg/g。
实施例4
分别配制硝酸镧，硫酸钛和聚乙烯醇(PVA)的水溶液，硫酸钛和硝酸镧的 摩尔浓度分别为O. l和0.01mol/L，聚乙烯醇(PVA)占整个反应体系的质量百 分比为0.096%，在聚乙烯醇(PVA)存在条件下，10(TC加热水解2h，然后调 溶液pH至中性，生成沉淀，对沉淀产物进行水洗，12(TC干燥至恒重后，制得 钛一镧复合吸附剂试样4。
将试样4的粉末吸附剂用于吸附五价砷。在100 mL砷溶液中加入0.01 g 的试样4，在温度为25。C， pH 6.5，转速150 r/min，初始砷浓度为5 mg/L条 件下进行吸附实验，吸附平衡后的吸附量为35.7 mg/g。
实施例5
分别制备硝酸铈，硫酸钛和聚乙烯醇(PVA)的水溶液，硫酸钛和硝酸铈的 摩尔浓度分别为0.2和0.02mol/L，聚乙烯醇(PVA)占整个反应体系的质量百 分比为0. 32%,按照实施例1方法制得钛一铈复合吸附剂试样5。
将试样5的颗粒(0. 16 0.28 mm)吸附剂用于五价砷的吸附。在100 mL 砷溶液中加入0.01 g的试样5，在温度为25"C， pH 6.5，转速150 r/min，初 始砷浓度为5 mg/L条件下进行吸附实验，吸附平衡后的吸附量为25.9 mg/g。
将试样5的颗粒(0. 16 0.28 mm)用于三价砷吸附。在100 mL砷溶液中 加入0. 01 g的试样5，在温度为25°C， pH 6. 5，转速150 r/min，初始砷浓度 为5 mg/L条件下进行吸附实验，吸附平衡后的吸附量为23. 1 mg/g。
实施例6
取吸附剂试样1在实施例1的吸附条件下进行5个周期的五价砷吸附-再生 循环实验，再生采用0.5 mol/L Na0H溶液。结果表明前两个周期吸附容量略有 降低，后三个周期吸附容量稳定，为原始吸附量的80%，重复使用效果好。
权利要求
1、一种高效除砷的钛-稀土复合吸附剂的制备方法，其特征在于，以钛盐和稀土盐为原料，钛盐和稀土盐的摩尔比为1∶4～10∶1，在高分子有机物存在条件下，60℃～100℃加热至水解完全，然后调溶液pH至中性，生成沉淀，对沉淀产物进行水洗，50℃～120℃干燥至恒重后即可。
2、 如权利要求1所述的钛—稀土复合吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的钛盐为硫酸钛或四氯化钛。
3、 如权利要求1所述的钛一稀土复合吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的稀土盐为硝酸铈、硫酸铈、氯化镧或硝酸镧。
4、 如权利要求1所述的钛一稀土复合吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的高分子有机物为聚乙烯醇或羟乙基纤维素。
5、 如权利要求1所述的钛一稀土复合吸附剂的制备方法，其特征在于，钛盐的摩尔浓度为0. 1 0.4 mol/L，稀土盐的摩尔浓度为0.01 0.8 mol/L，高分子有机物占整个反应体系的质量百分比为0. 096% 0. 32%。
全文摘要
一种可同时去除水中三价砷和五价砷的高效钛—稀土复合吸附剂的制备方法，以钛盐和稀土盐为原料，钛盐和稀土盐的摩尔比为1∶4～10∶1，在高分子有机物存在条件下，60℃～100℃加热至水解完全，然后调溶液pH至中性，生成沉淀，对沉淀产物进行水洗，50℃～120℃干燥至恒重后即可；对五价砷的吸附量为传统活性氧化铝的3倍以上，吸附三价砷比活性氧化铝的吸附量高10倍以上，具有吸附容量高、适用pH范围宽、性能稳定、容易再生等特点，在饮用水除砷中有很好的应用前景。
文档编号B01J20/06GK101648130SQ200910022789
公开日2010年2月17日 申请日期2009年6月2日 优先权日2009年6月2日
发明者刚 余, 李志建, 邓述波, 俊 黄 申请人:清华大学