[发明专利]一种固载稀土金属铈的吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理吸附技术领域，具体地涉及一种能有效去除工业冶 炼废水和一般水体中有害的无机阴离子——氟离子、磷酸根和砷酸根的固 载稀土金属铈的吸附剂及其制备方法。

背景技术

氟对于人类健康是一柄双刃剑，氟含量低于或超过允许的范围都会对 人体造成很大的危害。当氟的摄入量不足时，易患龋齿病，但若长期饮用 含氟量过高的水，极易出现氟中毒现象，由此而引起的氟骨病是世界上分 布最广的地方病之一。WHO规定饮用水中的氟离子含量低于1mg/L。砷对 人体和其他生物有致癌、致突变和致畸作用，它的许多化合物都有剧毒性， 而且易于在植物和水生物中富集，鉴于砷的严重危害性，SDWA于2001年 已经将砷在饮用水中允许的最高浓度标准由1976年的50μg/L降低到了 10μg/L。磷是水体富营养化的控制因素，水体富营养化引起水中藻类肆 量繁殖，水中含氧量下降，水生生物成批死亡，水质恶化，破坏水体生态 系统，严重威胁人类健康，如近年来云南滇池和江苏太湖爆发的大规模水 体富营养化曾造成当地饮用水供给中断。因此，研究水体中上述几种有害 阴离子的去除技术，控制其浓度范围，已经迫在眉睫。

混凝、沉淀、离子交换与吸附都是去除水体中氟、磷酸根和砷酸根的 常用方法，其中，吸附法成本低，操作简便，适用于各类水源中有害阴离 子的有效去除。活性炭(Carbon，1999，37(4)，609-617)、骨炭(Journal of Hazardous Materials 2008，160，168-172)、氧化铝(Separation and Purification Technology2006，50，310-317)、铁的氧化物(Journal of Colloid and Interface Science2006，298，602-608)等都是常用于去除 氟、磷酸根和砷酸根的吸附剂。

稀土元素的氧化物和盐类对不同的阴阳离子具有良好的吸附能力，以 稀土元素为主的吸附剂逐渐成为研究热点。在我国丰富的稀土资源中，铈 是资源量最大，丰度最高的元素，而且研究表明，水合氧化铈对F^-、As(III) 和As(V)有良好的吸附能力和选择性。近年来，许多已经报导的铈的除 氟除砷吸附剂大多是用沉淀法制得铈的水合氧化物CeO₂.nH₂O或混合稀 土氧化物RExOy·nH₂O，(RE＝La，Ce，Nd，Pr，Sm)，或者通过浸渍法、溶 胶-凝胶法、包埋法将铈负载在硅胶、沸石、SiO₂、聚丙烯腈复合粒子等 基质上。但是，粉状的氧化物一般难以直接用于水处理过程，而硅胶、沸 石对铈的负载量小，复合粒子粒径难于控制，导致这些材料对阴离子的吸 附量低，在实际水处理中的应用有局限性。因此，金属元素固载牢固，吸 附容量高、吸附速率高、易再生和反复使用等是吸附剂的重要发展方向。

胶原蛋白是一种天然动物蛋白高分子材料，来源丰富，具有良好的生 物相容性、生物降解性和无毒害性。同时胶原蛋白由多种氨基酸肽链组成， 而肽链含有丰富的羧基、氨基和羟基基团，能与多种物质以氢键、共价键 或配位键发生化学键合作用，使其成为一种重要的环境友好型功能材料。 目前，这种材料在去除染料、金属离子、微生物和酶的固定化等方面都有 研究，不过，对于胶原蛋白与稀土金属元素结合的功能材料还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固载稀土金属铈的吸附剂，以胶原蛋白为 基质材料，利用稀土金属铈对有害阴离子的高亲和能力，在一定条件下实 现铈与胶原蛋白的配位结合，得到的材料对水体中的F^-、AsO₄^3-和PO₄^3-有 较好的吸附效果。

本发明的另一目的是提供一种固载稀土金属铈的吸附剂的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种固载稀土金属 铈的吸附剂，其特征在于：在固载基质上固载铈，所述的固载基质是胶原 蛋白，金属铈在固载基质上的固载量为0.4～1.1g/g。优选的，金属铈在 固载基质上的固载量为0.7～0.9g/g。

上述的固载稀土金属铈的吸附剂的制备方法，包括如下步骤：