一种除砷吸附材料及其制备方法和在酸性废水中除As(III)的应用技术

本发明专利技术属于水处理技术领域，公开了一种铁锰二元氧化物与煅烧牡蛎壳复合的除砷材料及其吸附水中As(III)的应用。该吸附剂采用高比表面积的多孔煅烧牡蛎壳为负载材料，高锰酸钾、硫酸亚铁为核心原料，水热环境下在牡蛎壳孔隙及表面上共沉淀形成铁锰二元氧化物(FMBO)，制备得到一种全新的复合吸附剂‑铁锰二元氧化物/煅烧牡蛎壳复合材料(FMBO/OS)。该吸附剂对水体中的As(III)具有高效吸附性能，解决了传统单一铁锰氧化物除砷材料易团聚从而限制其吸附能力、材料稳定性差的缺点。同时，该吸附材料价格低廉、绿色无污染、合成方法简单，操作方便、并可循环使用，为饮用水、工业废水中砷的去除提供了一种选择，为除砷吸附剂的工程化应用提供可能。

【技术实现步骤摘要】
一种除砷吸附材料及其制备方法和在酸性废水中除As(III)的应用
本专利技术涉及一种去除水体中As(III)的复合吸附材料，具体提供一种以多孔煅烧牡蛎壳为载体，铁锰二元氧化物为活性材料的复合吸附剂，还涉及其制备方法及在酸性废水中脱除As(III)的应用，属于脱砷材料制备
技术背景砷，是一种自然存在的类金属，含量在地壳中排行第20，约为1.5mg/kg。单质砷主要有黄砷、黑砷、灰砷三种形式，含砷有机化合物毒性较弱，无机砷通常为剧毒。在环境中砷主要以含氧阴离子(砷酸盐(AsO43-)、亚砷酸盐(AsO33-))的形式存在。水体中砷常见的价态为As(III)、As(V)。As(V)是地表水中砷的主要形态，As(III)主要存在于地下水中，而且三价砷具有比五价砷更高的流动性和毒性。(AdvancesinMaterialsPhysicsandChemistry,2018,8,51-70)一些人为因素，包括：有色金属冶炼、含砷农药使用，化工、制革等行业废水、废渣肆意排放堆积，促使砷进入生态环境，并通过食物链传递，严重威胁着人类的身体健康。因此，探究更加高效、合理的砷污染修复技术一直是当今学者的研究热点。现有处理水中砷污染的技术有：共沉淀法、离子交换法、氧化还原法、超滤法、混凝过滤法、生物法、吸附法等。其中，吸附法由于简单易行，处理效果高，成本较低，吸附剂种类多等优点，成为移除水中砷污染最常用的方法。可以利用活性炭、活性氧化铝、沸石、黏土矿物、含铁材料等基本的吸附剂，移除水体中的砷。其中含铁材料，如，磁铁矿、赤铁矿(Fe2O3)、针铁矿(α-FeOOH)等铁氧化物，由于对砷具有很强的吸附能力，成为修复砷污染中最常用的吸附材料。在自然水域中，As(III)比As(V)更易溶，更易迁移，对吸附材料具有较低的亲和性，因此更难去除，铁氧化物对As(III)的去除远没有对As(V)好。如今，国内外越来越多的学者尝试将具有强氧化能力的锰氧化物与强吸附能力的铁氧化物进行复合，获得对As(III)和As(V)都能高效去除的优良吸附剂-铁锰二元氧化物。但是，单一的铁锰二元氧化物材料不具备良好的孔隙结构，机械强度及稳定性较弱，且容易聚集限制了其吸附性能及规模化应用。因此，开发更加高效、低成本、稳定性更好、可重复使用的吸附材料，对水体中砷污染的修复具有重要的研究意义。目前，人们将铁锰二元氧化物与活性炭、石墨烯等比表面积大、孔隙结构丰富的碳基材料，高比面积、强截污能力、物理化学性能好的陶瓷滤料、沸石，介孔二氧化硅、玉米芯生物炭等其他材料复合，不仅能有效解决单一铁锰氧化物的缺点，复合以后产生的协同作用，还能有效提高砷的吸附量。(EcotoxicologyandEnvironmentalSafety144(2017)514–521；Journalofenvironmentalsciences85(2019)168-176；ChemicalEngineeringJournal322(2017)710–721；BioresourceTechnology193(2015)243–249)但这些铁锰二元氧化物复合材料也存在各自不同的缺陷，如机械性能不好、吸附性能有限、价格昂贵、不环保等，限制了其实际应用。一些诸如生物质废料等绿色环保的吸附材料，近年来，引起学者的关注。一些贝壳类物质由于其丰富的多孔结构，对有机物和重金属都具有一定的吸附能力，也逐渐被应用于吸附领域。牡蛎壳中，含有大量的碳酸钙和氧化钙，在污水处理领域，对一些重金属和有机污染物具有很强的吸附效果。(Nanomaterials2019,9,953；JournalofEnvironmentalManagement156(2015)109-114；JournalofEnvironmentalManagementVolume241,1July2019,Pages535-548)此外，煅烧后的牡蛎壳与天然牡蛎壳相比，由于高温煅烧过程，释放了CO2，增加了材料的孔隙率和比表面积，在重金属去除方面具有更大的优势。本专利技术制备了一种可以用于去除水体中As(III)的铁锰二元氧化物/煅烧牡蛎壳复合吸附材料，其特征在于由氧化锰(MnO2)和氧化铁(Fe2O3)组成的铁锰二元氧化物颗粒，负载于具有丰富孔隙结构的煅烧牡蛎壳上。
技术实现思路
针对现有单一铁锰二元氧化物作为除砷吸附剂存在的易团聚从而限制其吸附能力、材料稳定性差的缺陷，本专利技术提出以下技术方案：一种用于去除水体中As(III)的复合吸附材料，其特征在于：由铁锰二元氧化物颗粒负载在多孔煅烧牡蛎壳表面构成。铁锰二元氧化物颗粒与多孔煅烧牡蛎壳的比例以两者的质量比按0.15～0.8:1计量。铁锰二元氧化物颗粒中氧化铁与氧化锰的比例以铁、锰的摩尔质量比按1:3～4:1计量。这种铁锰二元氧化物/煅烧牡蛎壳复合吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、废弃牡蛎壳经清洗、球磨机研磨、过滤筛分选、高温煅烧处理后得到具有高比表面积的多孔煅烧牡蛎壳粉。废弃牡蛎壳的研磨转速为300-500rpm，研磨时间为6-8h，过滤筛规格为100目(所得颗粒平均粒径＜0.15mm)。牡蛎壳的高温煅烧温度为700-900℃，煅烧时间为3-5h。S2、将多孔煅烧牡蛎壳置去离子水中，放入超声机中常温下超声分散1-2h后，移入水浴中，在搅拌条件下，依次逐滴加入KMnO4、FeSO4·7H2O溶液，并调节溶液体系的pH为7-8,发生水热共沉淀反应，持续搅拌后静置老化，固液分离，洗涤，真空干燥，即得。水浴温度为50-70℃。搅拌速度为1000-1200r/min。老化时间为10-14h。与现有除砷吸附剂相比，本专利技术有益效果在于：(1)本专利技术采用铁锰二元氧化物材料为除砷主体，结合锰氧化物的强氧化能力与铁氧化物高吸附性能，将As(III)氧化为As(V)后吸附，实现高效去除；(2)本专利技术将铁锰二元氧化物与具有丰富多孔结构的煅烧牡蛎壳材料复合。煅烧牡蛎壳作为载体，为铁锰二元氧化物提供了更大的比表面积，有效弥补了铁锰氧化物因聚集导致吸附能力降低的缺陷，且牡蛎壳能产生砷酸钙沉淀的协同作用提升了材料的除砷性能；(3)本专利技术提供的复合吸附材料，相比单一铁锰氧化物材料，材料在吸附过程中稳定性更高，减少了因铁锰浸出破坏材料稳定性的现象产生；(4)本专利技术通过将牡蛎壳煅烧、一次水热共沉淀反应，即可得到铁锰二元氧化物/煅烧牡蛎壳复合材料，合成方法简单、操作方便；(5)本专利技术所用的原材料价格低廉，且绿色环保无污染；(6)本专利技术提供的铁锰二元氧化物/煅烧牡蛎壳复合材料对水体中As(III)具有很好的吸附性，且可循环使用，在废水净化领域具有良好的应用前景。附图说明图1为本专利技术制备铁锰二元氧化物/煅烧牡蛎壳复合材料的技术路线图；图2为煅烧牡蛎壳材料的扫描电镜图；图3为本专利技术实施例2提供的铁锰二元氧化物/煅烧牡蛎壳复合材料FMBO/OS(50％,Fe/Mn＝3:1)的扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于去除水体中As(III)的复合吸附材料，其特征在于：由铁锰二元氧化物颗粒负载在多孔煅烧牡蛎壳表面构成。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于去除水体中As(III)的复合吸附材料，其特征在于：由铁锰二元氧化物颗粒负载在多孔煅烧牡蛎壳表面构成。


2.根据权利要求1所述的铁锰二元氧化物/煅烧牡蛎壳复合吸附材料，其特征在于：铁锰二元氧化物颗粒与多孔煅烧牡蛎壳的比例以两者的质量比按0.15～0.8:1计量。


3.根据权利要求2所述的铁锰二元氧化物/煅烧牡蛎壳复合吸附材料，其特征在于：铁锰二元氧化物颗粒中氧化铁与氧化锰的比例以铁、锰的摩尔质量比按1:3～4:1计量。


4.根据权利要求1～3中任一项所述的铁锰二元氧化物/煅烧牡蛎壳复合吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)S1、废弃牡蛎壳经清洗，球磨机研磨，过滤筛分选，高温煅烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵慧敏，宋志莲，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21