专利名称：一种羟基铁包覆过滤材料、其制备方法及应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水处理材料，具体地，涉及一种羟基铁包覆过滤材料、其制备方法及其用于去除水中砷、氟、油等污染物的应用。
背景技术：
随着我国工业规模的快速增长，由工业废水、废渣导致的水体污染问题也日益突出。200广2008年在我国发生的28起重要的水污染事件中，有3起源于水中砷污染，2起源于氟污染。2002年湖南衡阳因工业废水污染导致100多人砷中毒，出现呕吐、手脚麻木、眼膜充血等症状。2007年贵州都柳江因企业违法排污使17人砷中毒，并导致沿河2万多人生活用水困难。2005年河北围场县近20万人氟中毒，2007年宁夏固原又有7万多人氟中毒。近年来，水体中砷污染事件有增无减。根据中国地质科学院水文环境地质研究所于2011年4月间对云南柴石滩水库、南盘江宜良境内水域砷含量的检测结果，发现砷含量分别达0. 215mg/L和0. 226mg/L,属于严重污染。2010年9月，在湖南岳阳县的自来水例检中，也发现砷含量超标10倍，污染源于企业高浓度含砷污水的非法排放。在我国华东、华北、西北的部分地区，包括河南、河北、天津、安徽、山西、内蒙、甘肃、宁夏、青海、新疆等地区，地下水资源都不同程度地被氟污染，特别是华北地区饮用高氟水绝对人数和比例均居全国首位，其次是华东地区。有统计数据表明，我国至少有5000万人在饮用高氟水，因长期饮用高氟水导致大面积出现氟斑牙、氟骨症等氟病症的省、市、自治区已占全国的一半。我国是一个水资源严重不足的国家，人均拥有的淡水资源还不到世界平均水平的 25%。针对我国工业废水中砷、氟等有害元素给我国水资源造成的日益严重的污染问题，开发一种能高效吸附水中砷、氟等有害杂质的过滤材料，对我国水资源净化、生态环境保护和人民群众的身体健康都具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种集物理过滤和化学吸附于一体的新型过滤材料——羟基铁包覆过滤材料，该过滤材料采用羟基氧化铁活性成分包覆传统陶瓷过滤材料，可实现悬浮态颗粒物过滤与溶解态污染物吸附同步去除的功能，对工业废水和饮用水具有很好的过滤和去除砷、氟等有害杂质的效果。为了达到上述目的，本发明提供了一种羟基铁包覆过滤材料，该过滤材料具有核一壳结构，该核是指陶瓷滤料基体，该陶瓷滤料基体是采用陶瓷滤料经造粒、烧结形成的，该陶瓷滤料是指高岭土、石英和白云母的任意一种以上；该壳是指在所述核的表面包覆的羟基氧化铁活性物质包覆层。上述的羟基铁包覆过滤材料，其中，所述的陶瓷滤料包含以下按重量百分数计的物质
SiO268 70%;Al2O318 24%;
CaOΓ2%;
K20/Na20 3 3.8%; CaMg (CO3) 25%。上述的羟基铁包覆过滤材料，其中，所述的羟基氧化铁活性物质包含FeO(OH)，该 FeO(OH)是氢氧化铁沉淀经煅烧活化处理得到。上述的羟基铁包覆过滤材料，其中，所述的羟基氧化铁活性物质层还包含按重量百分数计为If 20%的镁质烧结助剂，该镁质烧结助剂包含白云石、滑石和斜绿泥石的任意一种以上。上述的羟基铁包覆过滤材料，其中，所述的镁质烧结助剂由按重量百分数计 30-50%白云石、30-50%滑石和10-30%斜绿泥石构成；更优选的是按重量百分数计40%白云石、40%滑石和20%斜绿泥石构成的镁质烧结助剂。所述斜绿泥石作为粘结剂。上述的羟基铁包覆过滤材料，其中，所述的包覆层厚度为0. 5^1. 0mm。本发明还提供了一种上述羟基铁包覆过滤材料的制备方法，该方法包含以下具体步骤
步骤1，制备滤料基体称取陶瓷滤料，添加按重量百分数计为1(Γ14%水后进行混练， 闷料均化后用团球机成形为直径广3mm的生坯球，干燥后在梭式窑中于125(T128(TC烧结， 保温2、小时后自然冷却；
步骤2，制备羟基氧化铁活性物质以三氯化铁和氢氧化钠溶液化学沉积得到的氢氧化铁，该氢氧化铁在60(T90(TC煅烧活化、粘结，得到活化的羟基氧化铁，即羟基氧化铁活性物质；
步骤3，包覆采用团球机使步骤2制备的羟基氧化铁活性物质对步骤1制备的滤料基体进行包覆，包覆层厚度控制在0. 5 1. 0mm，然后在40(T80(TC进行活化广1. 3小时，经检测合格的产品即可包装出厂。上述的羟基铁包覆过滤材料的制备方法，其中，在步骤2中，还包含将活化的羟基氧化铁与镁质烧结助剂混合的步骤。上述的羟基铁包覆过滤材料的制备方法，其中，所述的镁质烧结助剂加水兑成液体，以喷雾的形式加入到活化的羟基氧化铁中。本发明还提供了一种上述的羟基铁包覆过滤材料在水处理中的应用。现有的陶瓷滤料广泛应用于水处理领域，但不具备吸附水污染中的砷、氟有害元素的能力；而本发明的羟基铁包覆滤料可广泛应用于水处理领域，且具备吸附水污染中的砷、氟有害元素的能力，羟基铁包覆过滤材料可吸附砷>9mg/g，氟、mg/g。本发明提供的产品吸附能力强、物理强度高、化学稳定性好，不仅对水体中溶解态污染物具有很好的吸附截留效果，而且其物理过滤效果也优于传统的陶瓷滤料，能产生良好的经济效益和社会效益，具有非常好的应用前景。
图1为本发明的一种羟基铁包覆过滤材料的结构示意图。图2为本发明制备羟基铁包覆过滤材料的工艺流程图。
图3为本发明的实施例中原料瓷土的矿物组成X射线衍射(XRD)分析图；其中标注Δ的表示石英，0表示白云母。图4为本发明的羟基氧化铁的热重一差热(TG-DSC)分析图。图5为本发明的经600°C煅烧活化后的羟基氧化铁产物的X射线衍射(XRD)分析
A-Fe2O3
图，其中SiO2 。
-FeO(OH)图6为本发明的镁质烧结助剂的X射线衍射(XRD)分析图，
O-白云石
其中滑石。
.,、 □-斜绿泥石(Mg’Fe)6(S i,A1)4O10(OH)3图7为本发明的烧结后陶瓷滤料基体的X射线衍射(XRD)分析图，
A-SiO2 其中寞来石。
■ -FeSiOi图8为本发明的烧结后陶瓷滤料基体的显微结构(SEM，X 3000)示意图。图9为本发明的羟基铁包覆滤料表面的X射线衍射(XRD)分析图
▲ -FegOg 其中· -SiO2 ο -FeO(OH)图10为本发明的包覆层表面与陶瓷滤料基体间的结合情况示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案做进一步地说明。为了使羟基铁包覆滤料既有一定的强度，又有很好的过滤和吸附性能，如图1所示，本发明提供的羟基铁包覆过滤材料具有核一壳结构以传统的陶瓷滤料为基体10 (即， 核)，在其表面包覆羟基氧化铁活性物质包覆层20 (S卩，壳)。该陶瓷滤料基体10是采用陶瓷滤料经造粒、烧结形成的，该陶瓷滤料是指高岭土、石英和白云母的任意一种以上。如图2所示，为本发明制备羟基铁包覆过滤材料的工艺流程陶瓷滤料经搅拌混合，造粒，烧结，得到陶瓷滤料基体；三氯化铁和氢氧化钠经化学沉积步骤得到氢氧化铁，该氢氧化铁经煅烧活化得到羟基氧化铁，该羟基氧化铁与镁质烧结助剂混合均勻后，包覆在陶瓷滤料基体外部，再经活化，检验合格后，包装。实施例1
制备羟基氧化铁包覆过滤材料所用原料包括瓷土、三氯化铁、氢氧化钠、镁质烧结助剂。陶瓷滤料基体以萍乡本地出产的瓷土为主要原料，其矿物组成主要是高岭土、石英和少量白云母，如图3所示。包覆层羟基氧化铁以按重量百分数计20%的氯化铁(FeCl3)、15%的烧碱(NaOH)及
565%的水为原料反应，采用化学沉积法制备；其中，形成羟基氧化铁的化学反应如下 FeCl3 + 3Na0H —~- Fe(OH)3 J, + 3NaCl Fe (OH) 3 —“^ FeO(OH) + H2O。如图4所示，羟基氧化铁的热重一差热(TG-DSC)分析结果显示，从室温至900°C 一直存在一个缓慢的失重过程，总失重量为3. 29%，说明羟基的脱除是一个渐进过程，在 900°C前羟基氧化铁均有较高的活性。经600°C煅烧活化后的羟基氧化铁产物的XRD分析结果如图5所示，主晶相为Fe2O3和FeO (OH)，另有少量SiO2,可能是在样品加工过程中带入的。为了提高羟基氧化铁包覆层与陶瓷滤料基体间的结合强度，在羟基氧化铁粉中加入了按重量百分数计18%的镁质烧结助剂，其物相组成如图6所示，由40%(重量百分比)白云石、40%滑石和20%斜绿泥混合构成，加水搅拌，兑成液体混合物，以喷雾的形式加入。步骤1，制备滤料基体称取陶瓷滤料，添加按重量百分数计为10%水后进行混练， 闷料均化后用团球机成形为直径广3mm的生坯球，干燥后在梭式窑中于1250°C左右烧结， 保温2、小时后自然冷却；烧结后陶瓷滤料基体的X射线衍射分析结果如图7所示，其主晶相为莫来石和石英(SiO2),另有少量硅酸铁(FeSi03)。为了获得较高强度，陶瓷基体已基本实现致密化烧结，表面呈凹凸不平的结构，有利于羟基铁包覆在其表面，如图8所示为烧结后陶瓷滤料基体的显微结构(X3000)，内部可见平均晶粒尺寸在ΙΟμπι以下，孔径多在 2 5 μ m之间。步骤2，制备羟基氧化铁活性物质以三氯化铁和氢氧化钠溶液化学沉积得到的氢氧化铁，该氢氧化铁在60(T90(TC煅烧活化，得到羟基氧化铁粉末，然后向该羟基氧化铁粉末中以喷雾的形式加入镁质烧结助剂液体，搅和均勻，得到羟基氧化铁活性物质；
步骤3，包覆采用团球机使步骤2制备的羟基氧化铁活性物质对步骤1制备的滤料基体进行包覆，包覆层厚度控制在0. 5^1. 0mm，然后在40(T8(KrC进行活化，经检测合格的产品即可包装出厂。所得的羟基铁包覆滤料表面的XRD分析结果如图9所示，主要晶相为氧化铁、二氧化硅和羟基氧化铁。包覆层表面与陶瓷滤料基体间的结合情况如图10所示，基体与包覆层结合紧密，无明显界面。羟基铁包覆过滤材料的性能检测
本发明制备的羟基铁包覆过滤材料产品经工业陶瓷国家测试中心江西省工业陶瓷质量监督检验站检验，结果如下
堆积密度1. 78 g/cm3体积密度1. 62 g/cm3破碎率0. 75 %莫氏硬度6级堆积孔隙率28. 60 %吸水率2. 16 %导热系数4. 41 ff/m. K比热735 J/kg.K砷最大吸附量9. 48 mg/g氟最大吸附量8· 0 mg/g油最大吸附量3. 0 mg/g。本发明的产品在广东省东莞常平第二水厂的试用结果表明，使用本发明产品后， 水中砷化物含量由原来的0. 2mg/L降低至0. 03mg/L ；氟化物含量由1. 3mg/L降低为0. 8mg/ L，经多次检验，各项性能指标均达到国家饮用水标准。本发明的产品用于含油废水、电镀废水、综合废水的处理工艺中，经多次检测，表明该产品可高效吸附分离水体中的污染物，尤其对砷、氟、油等污染物具有高效吸附截留功效，完全满足对废水处理的设计要求和排放标准。因本发明产品的吸附能力强、物理强度高、化学稳定性好，不仅对水体中溶解态污染物具有很好的吸附截留效果，而且其物理过滤效果也优于传统的陶瓷滤料，具有巨大的市场前景。实施例2
除镁质烧结助剂组成外，制备羟基氧化铁包覆过滤材料所用原料及重量百分比组成与实施例1相同。本实施例所用镁质烧结助剂由滑石构成。采用与实施例1相同的方法，制备得到羟基铁包覆过滤材料2，其主要性能指标如表1所示。实施例3
除镁质烧结助剂组成外，制备羟基氧化铁包覆过滤材料所用原料及重量百分比组成与实施例1相同。本实施例所用镁质烧结助剂由80%滑石和20%斜绿泥构成。采用与实施例1相同的方法，制备得到羟基铁包覆过滤材料3，其主要性能指标如表1所示。表3羟基铁包覆滤料2和3主要性能指标
权利要求
1.一种羟基铁包覆过滤材料，其特征在于，该过滤材料具有核一壳结构，该核是指陶瓷滤料基体(10)，该陶瓷滤料基体(10)是采用陶瓷滤料经造粒、烧结形成的，该陶瓷滤料是指高岭土、石英和白云母的任意一种以上；该壳是指在所述核的表面包覆的羟基氧化铁活性物质包覆层(20)，所述包覆层(20)厚度为0. 5^1. 0mm。
2.如权利要求1所述的羟基铁包覆过滤材料，其特征在于，所述的陶瓷滤料包含以下按重量百分数计的物质SiO268 70%;Al2O318 24%;CaOΓ2%;K20/Na20 3 3.8%;CaMg (CO3) 25%。
3.如权利要求1所述的羟基铁包覆过滤材料，其特征在于，所述的羟基氧化铁活性物质包含FeO (OH)，该FeO (OH)是氢氧化铁沉淀经煅烧活化处理得到。
4.如权利要求3所述的羟基铁包覆过滤材料，其特征在于，所述的羟基氧化铁活性物质层还包含按重量百分数计为If 20%的镁质烧结助剂，该镁质烧结助剂包含白云石、滑石和斜绿泥石的任意一种以上。
5.如权利要求4所述的羟基铁包覆过滤材料，其特征在于，所述的镁质烧结助剂由按重量百分数计30-50%白云石、30-50%滑石和10-30%斜绿泥石构成。
6.如权利要求5所述的羟基铁包覆过滤材料，其特征在于，所述的镁质烧结助剂由按重量百分数计40%白云石、40%滑石和20%斜绿泥石构成。
7.一种根据权利要求1-5任意一项所述的羟基铁包覆过滤材料的制备方法，其特征在于，该方法包含以下具体步骤步骤1，制备滤料基体称取陶瓷滤料，添加按重量百分数计为1(Γ14%水后进行混练，闷料均化后用团球机成形为直径广3mm的生坯球，干燥后在梭式窑中于125(T128(TC 烧结，保温2、小时后自然冷却；步骤2，制备羟基氧化铁活性物质以三氯化铁和氢氧化钠溶液化学沉积得到的氢氧化铁，该氢氧化铁在60(T90(TC煅烧粘结，得到活化的羟基氧化铁，即羟基氧化铁活性物质；步骤3，包覆采用团球机使步骤2制备的羟基氧化铁活性物质对步骤1制备的滤料基体进行包覆，包覆层厚度控制在0. 5 1. 0mm，然后在40(T80(TC进行活化广1. 3小时，经检测合格的产品即可包装出厂。
8.如权利要求7所述的羟基铁包覆过滤材料的制备方法，其特征在于，在步骤2中，还包含将活化的羟基氧化铁与镁质烧结助剂混合的步骤。
9.如权利要求8所述的羟基铁包覆过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的镁质烧结助剂加水兑成液体，以喷雾的形式加入到活化的羟基氧化铁中。
10.一种根据权利要求1-5任意一项所述的羟基铁包覆过滤材料在水处理中的应用。
全文摘要
本发明公开了一种羟基铁包覆过滤材料、其制备方法及应用，该过滤材料具有核—壳结构，该核是指陶瓷滤料基体，该陶瓷滤料基体是采用陶瓷滤料经造粒、烧结形成的，该陶瓷滤料是指高岭土、石英和白云母的任意一种以上；该壳是指在所述核的表面包覆的羟基氧化铁活性物质包覆层。本发明提供的羟基铁包覆过滤材料吸附能力强、物理强度高、化学稳定性好，不仅对水体中溶解态污染物具有很好的吸附截留效果，而且其物理过滤效果也优于传统的陶瓷滤料，能产生良好的经济效益和社会效益，具有非常好的应用前景。
文档编号C02F1/28GK102500162SQ20111036142
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者廖正辉 申请人:廖正辉