用于除去重金属的吸附剂颗粒及其制备方法技术

用于从水中除去重金属的吸附剂颗粒组合物包含金属羟基氧化物材料、金属氧化物材料、氧化锰材料和水硬性粘合剂。吸附剂颗粒可以包含有机造孔剂的残留物。制备多个吸附剂颗粒的方法包括将过滤材料、水硬性粘合剂和水的混合物造粒，在18℃至30℃的温度下在密封容器中将所述多个吸附剂颗粒保持胶接时间段，和在额外的水中洗涤所述多个吸附剂颗粒。过滤材料包含金属羟基氧化物材料、金属氧化物材料和氧化锰材料。所述方法可以包括在将混合物造粒前，将水溶性有机造孔剂溶解在水中。

【技术实现步骤摘要】
用于除去重金属的吸附剂颗粒及其制备方法
本专利技术涉及用于水净化的吸附剂。更具体地，本专利技术涉及用于从水中除去重金属的吸附剂和用于制备从水中除去重金属的吸附剂的方法。
技术介绍
在一些饮用水中可能存在有害浓度的重金属，例如砷(As)、铅(Pb)、镉(Cd)和汞(Hg)。重金属的来源可以是天然存在的或由工业污染造成的。可以通过许多技术，包括反渗透或蒸馏除去重金属。然而，这些技术可能昂贵，因为它们可以是能量和资源密集型的。除去重金属的较不昂贵的方法可以是通过含有设计用于除去重金属的粒状吸附剂的筒来过滤水。然而，这样的粒状吸附剂不能高效地除去重金属，导致更大和更昂贵的滤筒。
技术实现思路
用于从水中除去重金属的吸附剂颗粒组合物包含金属羟基氧化物材料、金属氧化物材料、氧化锰材料和水硬性粘合剂。吸附剂颗粒可以包含有机造孔剂。制备多个吸附剂颗粒的方法包括将过滤材料和水硬性粘合剂混合在一起，将过滤材料和水硬性粘合剂的混合物与水组合以形成糊料，将糊料造粒以形成多个吸附剂颗粒，将额外的水施加至多个吸附剂颗粒各自的表面，在18℃至30℃的温度下在密封容器中将多个吸附剂颗粒保持胶接时间段并在额外的水中洗涤多个吸附剂颗粒。过滤材料包含金属羟基氧化物材料、金属氧化物材料和氧化锰材料。该方法可以包括在将过滤材料和水硬性粘合剂的混合物与水组合以形成糊料之前将造孔剂溶解在水中。造孔剂包含水溶性或水混溶性有机化合物。各种实施方案涉及用于从水中除去重金属的吸附剂颗粒组合物。多个吸附剂颗粒各自包含金属羟基氧化物材料、金属氧化物材料、氧化锰材料和水硬性粘合剂。在一些实施方案中，水硬性粘合剂包含以下至少一种：波特兰水泥、铝酸钙水泥、硫铝酸盐水泥、羟基磷灰石、磷酸三钙和氟铝酸盐水泥。在一些实施方案中，水硬性粘合剂为组合物的5wt%至20wt%。在一些实施方案中，水硬性粘合剂为组合物的10wt%至12wt%。在一些实施方案中，多个吸附剂颗粒各自还包含分子筛材料。在一些实施方案中，金属羟基氧化物材料与金属氧化物材料与氧化锰材料与分子筛材料之比为0.5-2:0.5-2:0.5-2:0.01-1。在一些实施方案中，多个吸附剂颗粒各自还包含造孔剂的残留物，造孔剂包含水溶性或水混溶性有机化合物。在一些特定实施方案中，造孔剂包含以下至少一种：聚(乙二醇)、甘油、乙二醇、二甲基甲酰胺和二甲亚砜。在一些特定实施方案中，造孔剂包含重均分子量为100克/摩尔至4000克/摩尔的聚(乙二醇)。在一些实施方案中，金属羟基氧化物材料包括羟基氧化铁，金属氧化物材料包括二氧化钛，且氧化锰材料包括锰砂。各种实施方案涉及制备多个吸附剂颗粒的方法。所述方法包括将过滤材料和水硬性粘合剂混合在一起，将过滤材料和水硬性粘合剂的混合物与水组合以形成糊料，将糊料造粒以形成多个吸附剂颗粒，将额外的水施加至多个吸附剂颗粒各自的表面，在18℃至30℃的温度下在密封容器中将多个吸附剂颗粒保持胶接时间段并在额外的水中洗涤多个吸附剂颗粒。过滤材料包含金属羟基氧化物材料、金属氧化物材料和氧化锰材料。在一些实施方案中，水硬性粘合剂包含以下至少一种：波特兰水泥、铝酸钙水泥、硫铝酸盐水泥、羟基磷灰石、磷酸三钙和氟铝酸盐水泥。在一些实施方案中，水硬性粘合剂为过滤材料和水硬性粘合剂总重量的5wt%至20wt%。在一些特定实施方案中，水硬性粘合剂为过滤材料和水硬性粘合剂总重量的10wt%至12wt%。在一些实施方案中，金属羟基氧化物材料包括羟基氧化铁，金属氧化物材料包括二氧化钛，且氧化锰材料包括锰砂。在一些实施方案中，过滤材料还包含分子筛材料。在一些特定实施方案中，金属羟基氧化物材料与金属氧化物材料与氧化锰材料与分子筛材料之比为0.5-2:0.5-2:0.5-2:0.01-1。在一些实施方案中，该方法还包括在将过滤材料和水硬性粘合剂的混合物与水组合以形成糊料之前将造孔剂溶解在水中，造孔剂包含水溶性或水混溶性有机化合物。在一些特定实施方案中，造孔剂包含以下至少一种：聚(乙二醇)、甘油、乙二醇、二甲基甲酰胺和二甲亚砜。在一些特定实施方案中，造孔剂包含重均分子量为100克/摩尔至4000克/摩尔的聚(乙二醇)。通过结合附图参考本专利技术的实施方案的以下描述，本专利技术的上述和其它特征及获得它们的方式将变得更明确并且本专利技术本身将更好理解。附图说明图1是图示说明与需要高温烧结的包含粘土粘合剂的第四组吸附剂颗粒的样品的压碎强度相比，来自根据本公开的实施方案的三组吸附剂颗粒的各组的样品的压碎强度的图。图2是图示说明与需要高温烧结的包含粘土粘合剂的另外两组吸附剂颗粒的各组的样品的比表面积相比，来自根据本公开的实施方案的两组吸附剂颗粒的各组的样品的比表面积(Brunauer-Emmett-Teller表面积)的图。图3是图示说明根据本公开的实施方案的吸附剂颗粒的砷除去效率的图。详细描述用于从水中吸附重金属的吸附剂颗粒通常由用粘土粘合剂保持在一起的过滤材料的组合制成。可以将过滤材料粉末化为细粉末，与粘合剂混合在一起，然后成型为其尺寸用于例如家用滤筒的吸附剂颗粒。在除去至少一些重金属方面，紧邻的过滤材料的协同组合可以导致大于90%的效率。过滤材料可以包含金属羟基氧化物，例如羟基氧化铁(FeOOH)，其在吸附重金属，例如砷方面高度有效。粘合剂将过滤材料保持在一起以提供具有至少7牛顿(N)的压碎强度的吸附剂颗粒，以能够承受与制造和使用滤筒相关的制造和处理的严格要求。为了开发这样高水平的压碎强度，必须在高达400℃至800℃的温度下烧结或煅烧使用粘土粘合剂的吸附剂颗粒。然而，FeOOH热不稳定并且根据其热重分析(TGA)曲线，将倾向于在高于150℃的温度下转化为氧化铁(Fe2O3)。该转化可将过滤材料的除去效率降低到低至60%，因为Fe2O3在吸附重金属方面不像FeOOH一样有效。根据本公开的实施方案的吸附剂颗粒使用水硬性粘合剂。水硬性粘合剂是与水发生化学反应以固化和硬化的材料。水硬性粘合剂可以在室温或接近室温下将过滤材料胶接或粘合在一起。水硬性粘合剂不需要高温以对吸附剂颗粒赋予所需的强度。与包含粘土粘合剂的吸附剂颗粒(其必须暴露于高温)相比，包含水硬性粘合剂的吸附剂颗粒可以表现出更高的除去效率。不希望受任何理论束缚，据信由于包含水硬性粘合剂的吸附剂颗粒不暴露于高温，保留更多的金属羟基氧化物用于从水中过滤重金属。在一些实施方案中，通过使用水溶性或水混溶性有机造孔剂以提高吸附剂颗粒的比表面积来进一步提高重金属除去效率。这样的吸附剂颗粒可以进一步包含有机造孔剂的残留物。本公开的实施方案包括制备吸附剂颗粒的方法，其包括将水施加至包含水硬性粘合剂的吸附剂颗粒并在室温或接近室温下在密封容器中将其保持以允许粘合剂将过滤材料胶接在一起的时间段。该方法形成了具有足够的压碎强度的吸附剂颗粒而不使用高温烧结。在一些实施方案中，通过将水溶性或水混溶性有机造孔剂添加至吸附剂颗粒来进一步提高重金属除去效率。造孔剂在吸附剂颗粒的造粒和胶接期间存在，然后在胶接后，其大部分被冲洗掉，留下通过大部分的各吸附剂颗粒的开孔结构，提高了吸附剂颗粒的比表面积。在一些实施方案中，可以通过将过滤材料和水硬性粘合剂混合在一起，然后将混合物与水组合以形成糊料来形成吸附剂颗粒。可以将糊料造粒以形成吸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于从水中除去重金属的吸附剂颗粒组合物，多个吸附剂颗粒各自包含：金属羟基氧化物材料；金属氧化物材料；氧化锰材料；和水硬性粘合剂。

【技术特征摘要】
1.用于从水中除去重金属的吸附剂颗粒组合物，多个吸附剂颗粒各自包含：金属羟基氧化物材料；金属氧化物材料；氧化锰材料；和水硬性粘合剂。2.权利要求1的组合物，其中所述水硬性粘合剂包含以下至少一种：波特兰水泥、铝酸钙水泥、硫铝酸盐水泥、羟基磷灰石、磷酸三钙和氟铝酸盐水泥。3.权利要求1的组合物，其中所述水硬性粘合剂为所述组合物的5wt%至20wt%。4.权利要求3的组合物，其中所述水硬性粘合剂为所述组合物的10wt%至12wt%。5.权利要求1的组合物，其中所述多个吸附剂颗粒各自进一步包含分子筛材料。6.权利要求5的组合物，其中金属羟基氧化物材料与金属氧化物材料与氧化锰材料与分子筛材料之比为0.5-2:0.5-2:0.5-2:0.01-1。7.权利要求1的组合物，其中所述多个吸附剂颗粒各自进一步包含造孔剂的残留物，所述造孔剂包含水溶性或水混溶性有机化合物。8.权利要求7的组合物，其中所述造孔剂包含以下至少一种：聚(乙二醇)、甘油、乙二醇、二甲基甲酰胺和二甲亚砜。9.权利要求8的组合物，其中所述造孔剂包含重均分子量为100克/摩尔至4000克/摩尔的聚(乙二醇)。10.权利要求1的组合物，其中所述金属羟基氧化物材料包括羟基氧化铁，金属氧化物材料包括二氧化钛，且氧化锰材料包括锰砂。11.制备多个吸附剂颗粒的方法，所述方法包括：将过滤材料和水硬性粘合剂混合在一起，所述过滤材料包含金属羟基氧化物材料、金属氧化物材料和氧化锰材料；将过滤材料和水硬性粘合剂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨倩，刘敏玲，彭树文，王惠忠，拉吉夫巴纳瓦利，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US