来自富铁和富铝的起始材料的吸附剂制造技术

披露了制造吸附剂材料的方法，所述方法包括使包含铁的第一颗粒材料(20)与包含氢氧化铝的第二颗粒材料(30)混合(11)以获得混合物。以使得Fe与Al的比率在按重量计0.5与3.5之间的比例混合所述第一颗粒材料和所述第二颗粒材料；所述第二颗粒材料具有按重量计至少30％的包含在氢氧化铝相中的Al含量。使所述混合物在400℃与950℃之间的温度下经受热处理(12)，以获得所述吸附剂材料，所述吸附剂材料包含由富含氧化铝的基质结合的富含氧化铁的第一相。所获得的吸附剂材料具有至少3MPa的抗压强度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】来自富铁和富铝的起始材料的吸附剂
本专利技术涉及制造吸附剂材料的方法，并涉及从此类方法获得的吸附剂材料。所述吸附剂材料特别适用于从液体流中吸附磷酸盐和砷。
技术介绍
在过去的几十年中，社会的不断进步和工业化加上人口指数增加和文明扩张加剧了营养物质使用而且在不同的生态系统水平上的营养物质的不受控制释放。大部分释放的磷进入河流、湖泊或海洋中，造成富营养化，这可能在水生系统中转化为“死区”，在这些“死区”中，由于缺氧，任何生物都无法生存。因此，法规正在并且将变得越来越严格以防止磷酸盐向环境中排放。在过去几年，由于吸附磷酸盐的吸附剂材料/设施易于维护并且需要低的能量输入，因此所述吸附剂材料/设施的用途越来越受到关注。磷酸盐和砷酸盐的吸附行为非常相似。因此，磷酸盐吸附剂材料可同样用作砷酸盐吸附剂材料。长期低水平地暴露于饮用水中的砷可能增加人患癌症的风险。若干种地下水资源包含增加的浓度的砷，这使这些水源不可饮用(欧盟饮用水标准：0.01mgAs/l)。降低这些水体中砷酸盐浓度的吸附剂可以对全球人类健康产生重大的积极影响，并增加适合饮用水生产的地下水资源量。然而，由于需要大量的这些吸附剂，因此它们需要满足某些要求，比如低生产成本、机械稳定性、高渗透性、无磨损、无毒并且无重金属浸出等。已知富铝和/或富铁的材料是有效的磷酸盐吸附剂。铁基吸附剂显示出比铝基吸附剂更高的吸附能力。为了形成稳定的铁基吸附剂，需要以下项之一：造成材料失去大部分其吸附能力的高温(>1000℃)热处理、粘合剂或有效的支撑材料。通常使用有机粘合剂，其造成耐久性问题。在水应用中，粘合剂将适时地通过生物活性崩解。2002年6月20日的US2002/0077249披露了用于生产吸附剂的方法，其中制备氢氧化铁(羟基氧化铁(ironoxyphydroxide))和/或氧化铁的水性悬浮液，在所述悬浮液中混入悬浮液或凝胶形式的氧化铝或氢氧化铝。将混合物成型并干燥直至获得固态，其中氧化铁和/或氢氧化铁(羟基氧化铁)牢固地嵌入氧化铝或氢氧化铝基质中。干燥在范围在5℃与300℃之间的温度下发生。以上制备方法的一个缺点是其是相当复杂的，因为在混合之前必须使起始材料呈悬浮形式，并且之后必须去除所有添加的液体。另一个缺点是必须使用非常纯并且因此昂贵的含铁颜料作为起始材料。M.NageedRashed等人，Adsorptionofmethyleneblueusingmodifiedadsorbentsfromdrinkingwatertreatmentsludge[使用来自饮用水处理污泥的改性吸附剂吸附亚甲基蓝]，WaterScience&Technology[水科学与技术]，2016年第74卷，第8期，第1885-1898页描述了来自饮用水处理厂的泥浆污泥和明矾污泥作为原料制备不同类型的活化吸附剂的用途。两种吸附剂均通过在400℃与900℃之间的温度下热解一小时来物理活化，任选地结合化学活化。结论是，通过在700℃下物理活化来活化的污泥吸附剂适于从污染的水中去除MB染料。
技术实现思路
本专利技术方面的一个目的是提供一种制造吸附剂材料的方法以及可由其获得的材料，其比现有技术的方法和材料更经济。另一个目的是提供更简单的此类方法。本专利技术方面的又另一个目的是提供制造吸附剂材料的方法，所述方法更环境友好，特别是因为所述方法允许将废物流作为起始材料用于制造吸附剂材料。本专利技术方面的另一个目的是提供一种吸附剂材料，其具有改进的机械和/或化学稳定性，并且适用于在流通式设备中使用。根据本专利技术的第一方面，因此提供了一种如在所附权利要求中所阐述的制造吸附剂材料的方法。所述方法包括使包含铁的第一颗粒材料与包含氢氧化铝的第二颗粒材料混合以获得混合物。以使得Fe与Al的比率在按重量计0.5与3.5之间的比例混合所述第一颗粒材料和所述第二颗粒材料。所述第二颗粒材料具有按重量计至少30％的Al含量。所述Al含量有利地是指存在于所述第二颗粒材料中的氢氧化铝相中包含的Al。使所述混合物在400℃与950℃之间的温度下经受热处理。在所述热处理期间，所述氢氧化铝有利地转化为氧化铝，以形成粘合相，在所述粘合相中，分散有源自所述第一颗粒材料的氧化铁相。因此，获得了吸附剂材料，其包含由富含氧化铝的基质结合的富含氧化铁的第一相。根据本专利技术的第二方面，提供了一种如在所附权利要求中所阐述的吸附剂材料。根据本专利技术的第一方面的方法允许获得还具有改进的机械强度的有效吸附剂材料。已经示出，此类吸附剂材料具有至少3MPa的抗压强度。根据本专利技术的第三方面，提供了一种特别是用于处理水的过滤设备，其包括根据第二方面的吸附剂材料。根据本专利技术的第四方面，提供了根据第二方面的吸附剂材料用于从液体、特别是从水中，特别是通过吸附去除有毒元素的用途。所述有毒元素有利地是磷和砷中的一种或多种。附图说明现在将参考附图更详细地描述本专利技术的方面，其中相同的附图标记说明相同的特征，并且其中：图1表示根据本文描述的方面的方法的流程图；图2表示根据本文描述的方面的对第一颗粒材料进行预处理操作的流程图；图3表示铁污泥的X射线衍射(XRD)谱的图；图4表示明矾污泥的XRD谱的图；图5表示所获得的吸附剂材料的样品的XRD谱的图；图6a-图6b表示示出对于0.5mgL-1(图6a)和5mgL-1(图6b)的浓度的不同吸附剂材料的P去除对比时间的图。在每个测试中，使用100ml溶液和5g吸附剂材料。在100rpm下摇动样品。图7a-图7b表示示出在柱实验中不同吸附剂材料的磷酸盐去除效率的图。磷酸盐起始浓度为5mgL-1，流速为39mlmin-1，并且吸附剂体积为98cm3。图8a-图8c表示使用压汞孔隙率测定法确定的孔径分布。图8a示出了样品M2b的结果。图8b示出了商业颗粒的结果，并且图8c示出了来自明矾污泥的吸附剂的结果。图9a表示通过拟合所吸附的砷酸盐的数据获得的朗格缪尔等温线(Langmuirisotherm)。图9b表示弗罗因德利希等温线(Freudlichisotherm)。具体实施方式参考图1，根据本专利技术方面的方法10包括操作11，其中使第一颗粒材料20与第二颗粒材料30混合以获得混合物，所述混合物有利地是颗粒状的。第一颗粒材料20包含铁。已知铁化合物作为吸附剂材料是有效的，特别对磷和砷是有效的。有利地，如可以通过X射线荧光确定的，所述第一颗粒材料的铁(Fe)含量按重量计为至少30％、有利地至少45％、有利地至少55％、有利地至少65％。所述第一颗粒材料有利地包含氧化铁、氢氧化铁和/或氢氧化氧铁(ironoxide-hydroxide)。如上文所指示的Fe含量有利地是指包含在此类氧化铁、氢氧化铁和/或氢氧化氧铁相中的Fe，相对于所述第一颗粒材料的总(干)重量表示。此类铁化合物可以以各种分子组成和组合存在，并且都可以适用于所述第一颗粒材料。可能存在于所述第一颗粒材料中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造吸附剂材料的方法，所述方法包括：/n使包含铁的第一颗粒材料(20)与包含氢氧化铝的第二颗粒材料(30)混合(11)以获得混合物，/n其中，以使得Fe与Al的比率在按重量计0.5与3.5之间的比例混合所述第一颗粒材料和所述第二颗粒材料，其中，所述第二颗粒材料具有按重量计至少30％的包含在氢氧化铝相中的Al含量；并且/n其中，使所述混合物在400℃与950℃之间的温度下经受热处理(12)，以获得所述吸附剂材料，所述吸附剂材料包含由富含氧化铝的基质结合的富含氧化铁的第一相。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171226 EP 17210585.01.一种制造吸附剂材料的方法，所述方法包括：
使包含铁的第一颗粒材料(20)与包含氢氧化铝的第二颗粒材料(30)混合(11)以获得混合物，
其中，以使得Fe与Al的比率在按重量计0.5与3.5之间的比例混合所述第一颗粒材料和所述第二颗粒材料，其中，所述第二颗粒材料具有按重量计至少30％的包含在氢氧化铝相中的Al含量；并且
其中，使所述混合物在400℃与950℃之间的温度下经受热处理(12)，以获得所述吸附剂材料，所述吸附剂材料包含由富含氧化铝的基质结合的富含氧化铁的第一相。


2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二颗粒材料(30)包含无定形氢氧化铝。


3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一颗粒材料包含氧化铁、氢氧化铁和/或氢氧化氧铁。


4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一颗粒材料(20)包含无定形氢氧化铁。


5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一颗粒材料的Fe含量为按重量计至少30％。


6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一颗粒材料和所述第二颗粒材料中的一者或两者包含按相应颗粒材料的重量计至少10％的有机级分。


7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一颗粒材料是来自水处理的富铁污泥或从来自水处理的富铁污泥获得。


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【专利技术属性】
技术研发人员：巴尔特·米希尔森，耶夫·伯格曼斯，克里斯·布罗斯，丽卡·延内，吉塞勒·佩勒曼，
申请(专利权)人：威妥有限公司，佛拉芒供水合作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE