[发明专利]一种饮用水除砷(III)纳米光催化氧化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及水体中As(III)的光催化氧化剂的制备方法，具体地说是对As(III)氧化去除的一种负载型纳米光催化氧化剂的制备方法。 

背景技术

砷是致癌、致突变因子，对动物还有致畸作用，长期的砷暴露可引起黑脚病、神经痛、血管损伤、增加心脏病发病以及导致皮肤、肺、肝脏、膀胱及前列腺等器官癌变等。人体对砷的摄入途径主要是通过食物和饮用水，其中消化系统对砷的吸收是最重要的途径。，因此饮水除砷是防治地方性砷中毒的有效措施。世界卫生组织1993年重新修订饮用水砷的最高允许浓度，确定为10 μg·L^-1。欧盟和美国已经重新制定了饮用水砷含量标准，饮用水砷的最高允许浓度从50 μg·L^-1 下降至10 μg·L^-1。新的卫生标准对砷的去除和工艺提出了更高要求。

饮用水中的砷主要包括五价砷As(Ⅴ)和三价砷As(Ⅲ)，其中As(Ⅲ)具有更强的毒性。某些地区地下水中As(Ⅲ)的含量相对较高，可达70%以上。在众多除砷技术中，吸附法由于效率高、处理流量大，操作简便、成本低等特点而被广泛应用在饮水的净化除砷。然而现有吸附剂一般对As(Ⅴ)的吸附性较好，而对As(Ⅲ)的吸附性能较差，因此对As(Ⅲ)的去除是饮用水除砷的一个难点。一些工艺通过添加氧化剂将饮用水中的As(Ⅲ)预氧化为As(Ⅴ)，再用吸附剂去除以达到有效去除砷的目的，常用的氧化剂有高锰酸钾、合成海绿石、次氯酸钠、臭氧、氯气、过氧化氢、高铁酸盐等，然而这些方法均存在一定的局限性。为适应新饮水中砷的安全标准，需要寻找更有效的As(Ⅲ)氧化方法。最近的一些研究表明，纳米TiO₂光催化剂可将As(Ⅲ)有效氧化为As(Ⅴ)。虽然纳米TiO₂具有比表面大、反应活性好等优点，但存在易凝聚、处理后催化剂分离回收困难及光的穿透深度低等缺点，使得该方法很难实用化。开发负载型光催化材料可克服上述缺点，即把对As(Ⅲ)具有较好光催化氧化性能的金属氧化物负载于多孔材料。关于负载型纳米TiO₂光催化降解有机污染物已有较多研究，但活性碳纤维负载纳米TiO₂在饮用水As(Ⅲ)氧化领域中尚未被广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种饮用水除砷(                                               )纳米光催化氧化剂的制备方法，利用纳米TiO₂具有比表面积大、活性高等特点，把纳米TiO₂负载到活性炭纤维的表面及内部，研制出成本相对低廉，氧化性能高的绿色环保氧化剂。氧化剂仅含有碳、钛、氧三种常见元素，对人体健康没有风险。

本发明的技术方案为：

一种饮用水除砷()纳米光催化氧化剂的制备方法，按如下步骤操作：

选取孔体积为0.100-0.500 cm³/g的市售活性炭纤维，先在去离子水中煮沸3-5 h，超声处理60-120 min，100-120℃真空干燥24 h；

在钛盐中加入无水醇，钛盐与无水醇体积比为 1:2； 

磁力搅拌下滴入稳定剂乙酰丙酮和缓释剂冰醋酸，稳定剂、缓释剂和钛盐的体积比约为 2:3:4；

按钛盐、无水醇、水体积比1:4:1滴加无水醇和水的混合液；滴加完毕后，超声振荡1～3 h，静置24～72 h；

室温下，将10～20 g预处理的活性碳纤维放入已制备好的100～200 mL二氧化钛溶胶中浸渍12～48 h，蒸干溶剂，氮气保护下在马弗炉中煅烧1～2 h得产品。

所述的一种饮用水除砷()纳米光催化氧化剂的制备方法，其所述钛盐为硫酸氧钛、钛酸四丁酯、四氯化钛。

所述的一种饮用水除砷()纳米光催化氧化剂的制备方法，其所述醇溶液为C1-C6一元醇、C2-C8的低碳2-4元醇。

所述的一种饮用水除砷()纳米光催化氧化剂的制备方法，其所述一元醇为乙醇或丙醇；低碳2-4元醇为乙二醇或丙三醇。

本发明具有如下优点：

1．氧化速率快，本发明氧化剂（2.0 g/L）可在60 min内将4 mg·L^-1的As(III)全部氧化。

2．制备方法简单，成本低廉。

反应条件温和：在常温常压下反应，一般实验室、中小企业即可制备，不会发生燃烧、爆炸等危险情况。