铁基复合吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铁基复合吸附剂及其制备方法。该铁基复合吸附剂含有铁水合氧化物、其他金属水合氧化物和聚乙烯醇，其中所述其他金属选自镧系稀土金属和锆（Ｚｒ）中的至少一种。该吸附剂对氟的吸附容量高，能有效去除水，特别是饮用水中的氟离子。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新型吸附材料及其制备方法，具体地涉及能有效去除水中氟离子的铁 基复合吸附剂及其制备方法。
技术介绍
饮用水是人体摄取氟的主要途径。由于饮用水中氟含量过高可导致氟斑牙、氟骨 病等多种疾病，严重者可导致患者瘫痪。因此世界卫生组织(WHO)和中国卫生部门都对饮 用水的氟含量有严格规定。WHO规定的饮用水氟含量标准为0. 6-1. 5mg/L，中国的生活饮用 水卫生标准中规定最高氟含量为lmg/L。饮用水氟含量超标问题在世界上很多国家广泛存在，而该问题对中国影响严重。 中国除上海外，其余各省市均有不同程度的地氟病，分布于1187个县(市、区、旗)内，病区 人口约一亿多，氟斑牙患者4000余万，氟骨症患者260余万。自20世纪50年代以来，除氟 技术取得了一定进展，特别是活性氧化铝除氟技术被美国政府机构推荐为最佳处理技术。 但活性氧化铝吸附容量较低，再生周期较短，使得其使用成本及复杂程度增加；另外活性氧 化铝在使用过程中存在铝离子溶出，污染饮用水的潜在危害。因此用于替代活性氧化铝的 新型除氟吸附剂的研究开发受到国际上高度重视。专利文献1 (中国专利申请公开CN1326900A)提出了含有一种与碳酸钙反应的盐 酸水溶液以及一种稀土元素如铈、镧或其混合物等的水溶液氟离子去除剂，但是其使用时 还需要利用絮凝剂。专利文献2(中国专利申请公开CN1954906A)提出了一种复合金属氧 化物除氟吸附剂，其含有过渡金属、铝和稀土金属，仍是一种含铝的吸附剂。近年来的最新研究成果显示，铁、稀土及一些过渡金属的氧化物具有较高的阴离 子吸附能力。黄霞在名称为“铁_稀土元素复合水处理吸附剂及其制备方法”的中国专利 99199712. 7 (专利文献3)中指出，与活性氧化铝相比，由二价或三价铁盐和稀土元素盐组 成的吸附剂对磷和砷的吸附容量显著增加。黄霞在名称为“高活性氧化铁及其制备方法”的 中国专利03153998. X(专利文献4)中指出，与活性氧化铝相比，由三价铁盐和水溶性羟基 聚合物或水溶性酰胺基聚合物制得的吸附剂对磷的吸附容量显著增加。然而，上述两种吸附剂的吸附容量，尤其是对氟的吸附容量有待进一步提高。而 且，由于稀土价格昂贵导致生产成本高。因此，需要开发氟吸附容量高的吸附剂，特别是在 生产成本不变的情况下提高吸附剂的氟吸附容量。现有技术文献专利文献1中国专利申请公开CN1326900A专利文献2中国专利申请公开CN1954906A专利文献3中国专利99199712. 7 专利文献4中国专利03153998. X
技术实现思路
专利技术要解决的问题针对现有吸附剂普遍存在的吸附容量小的缺陷，本专利技术要解决的技术问题是提高吸附剂的吸附容量，尤其是对氟离子的吸附容量。本专利技术人对上述问题进行了锐意研究，并发现通过向聚乙烯醇(PVA)高分子物 质的水溶液中加入铁盐溶液，再加入其他金属盐溶液，能得到尤其是对氟的吸附容量提高 的铁基复合吸附剂，所述其他金属选自镧系稀土金属和锆中的至少一种，从而完成本专利技术。用于解决问题的方案本专利技术的第一方面提供一种铁基复合吸附剂，其含有铁水合氧化物、其他金属水 合氧化物和聚乙烯醇，其中所述其他金属选自镧系稀土金属和锆(Zr)中的至少一种。本专利技术的第二方面提供如上第一方面所述的铁基复合吸附剂，所述铁基复合吸附 剂还含有镧系稀土金属与碱金属的硫酸复盐。本专利技术的第三方面提供如上第一方面或第二方面所述的铁基复合吸附剂，其中所 述镧系稀土金属为镧(La)和铈(Ce)中的至少一种。本专利技术第四方面提供如上第一方面至第三方面任一方面所述的铁基复合吸附剂， 其中所述铁与其他金属的摩尔比(铁其他金属)为40 1至3 1。本专利技术第五方面提供如上第一方面至第四方面任一方面所述的铁基复合吸附剂， 其中，所述聚乙烯醇占所述吸附剂总重量的0. 5-10%。本专利技术的第六方面提供如上第一方面至第五方面任一方面所述的铁基复合吸附 齐U，其中，所述吸附剂主要为无定型态。本专利技术的第七方面提供上述铁基复合吸附剂的制备方法，该方法包括向聚乙烯醇 的水溶液中加入铁盐或铁盐溶液，再向其中加入碱溶液之后，在搅拌下加入其他金属盐溶 液，同时或然后加入碱溶液，搅拌，分离得到沉淀物，纯化，干燥，得到铁基复合吸附剂，其中 所述其他金属选自镧系稀土金属和锆(Zr)中的至少一种。专利技术的效果本专利技术提供的铁基复合吸附剂，主要为无定型态物质，具有较大的比表面积和氟 吸附容量。与现有技术中的吸附剂如活性氧化铝、二价或三价铁盐和稀土元素盐组成的吸 附剂以及三价铁盐和水溶性羟基聚合物或水溶性酰胺基聚合物制得的吸附剂等相比，本发 明的铁基复合吸附剂的氟吸附容量相对高。而且，由于稀土金属等其他金属的用量适当，本 专利技术的铁基复合吸附剂的成本相对并不高。附图说明图1是实施例1中本专利技术铁基复合吸附剂的X射线衍射谱图(XRD图)。图2是实施例2中本专利技术铁基复合吸附剂的XRD图。图3是实施例5中本专利技术铁基复合吸附剂的XRD图。图4是比较例1中比较吸附剂的XRD图。图5是比较例2中比较吸附剂的XRD图。图6是吸附剂的热重分析图。图6中，1#是指实施例1中的本专利技术铁基复合吸附剂，2#是指实施例2中的本专利技术铁基复合吸附剂，3#是指实施例5中的本专利技术铁基复合吸附剂，4#是指比较例1的比较 吸附剂，5#是指比较例2的比较吸附剂。具体实施例方式以下结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术的特点和优点将随着这些 说明而变得更为清楚、明确。文中所用术语“水合氧化物”意思是指含有氢氧根的氧化物，包括金属离子在碱性 溶液作用下从溶液的沉淀物以及其不同程度的干燥产物，例如，通常所谓的氢氧化物如氢 氧化铁、氢氧化亚铁、镧系稀土金属氢氧化物(如氢氧化镧、氢氧化铈等)、氢氧化锆等及其 不同程度的干燥产物。文中所用术语“复合水合氧化物”意思是指含有氢氧根的铁与其他金属如镧系稀 土金属(如镧、铈等)和锆中的至少之一的氧化物复合物。文中所用术语“铁盐”是指金属元素铁的盐的总称，包括二价铁盐和三价铁盐。文中所用术语“镧系稀土金属与碱金属的硫酸复盐”是指镧系稀土金属元素与碱 金属元素作为阳离子形成的复合硫酸盐。在本专利技术的铁基复合吸附剂中，所述聚乙烯醇的聚合度没有特别限定，但是优选 使用聚合度为500以上，特别是500至2400的聚乙烯醇。在本专利技术铁基复合吸附剂的一个实施方案中，所述铁与所述其他金属的摩尔比 (铁其他金属)为40 1至3 1，优选20 1至3 1，还更优选16 1至8 1和 6 1至3 1，进一步优选12 1至8 1。铁与其他金属的摩尔比在上述范围内，能有 利地以相对低的成本使所得吸附剂具有较大的吸附容量。在本专利技术铁基复合吸附剂的一个实施方案中，所述聚乙烯醇占所述吸附剂总重量 的 0. 5-10 %，优选 0. 6-8. 5 %。本专利技术还提供了上述铁基复合吸附剂的制备方法，在一个优选实施方案中，该方 法包括以下步骤(1)配制聚乙烯醇的水溶液；(2)在室温下向步骤(1)中所得水溶液中加入铁盐或铁盐溶液，溶解并搅拌均勻， 得到铁盐的聚乙烯醇水溶液；(3)在搅拌情况下，向步骤(2)中所得的铁盐的聚乙烯醇水溶液加入碱溶液，直至 溶液PH为约6. 5-约11.0，再搅拌一段时间；⑷在搅拌本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁基复合吸附剂，其含有铁水合氧化物、其他金属水合氧化物和聚乙烯醇，其中所述其他金属选自镧系稀土金属和锆（Ｚｒ）中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种铁基复合吸附剂，其含有铁水合氧化物、其他金属水合氧化物和聚乙烯醇，其中 所述其他金属选自镧系稀土金属和锆(Zr)中的至少一种。2.根据权利要求1所述的铁基复合吸附剂，所述铁基复合吸附剂还含有镧系稀土金属 与碱金属的硫酸复盐。3.根据权利要求1或2所述的铁基复合吸附剂，其中所述镧系稀土金属为镧(La)和铈 (Ce)中的至少一种。4.根据权利要求2或3所述的铁基复合吸附剂，其中所述碱金属为钠和钾中的至少一种。5.根据权利要求1-4任一项所述铁基复合吸附剂，其中所述铁与其他金属的摩尔比 (铁其他金属)为40 1至3 1，优选20 1至3 1，更优选16 1至8 1或 6 1至3 1，还更优选12 1至8 1。6.根据权利要求1-5任一项所述的铁基复合吸附剂，其中所述聚乙烯醇占所述吸附剂 总重量的0. 5-10%，优选0. 6-8. 5%07.根据权利要求1-6任一项所述的铁基复合吸附剂，其中所述吸附剂主要为无定型态。8.一种制备权...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑木康之，黄霞，丁文明，
申请(专利权)人：清华大学，三洋电机株式会社，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]