[发明专利]用于水纯化的多层有机模板化-勃姆石-纳米结构

说明书

技术领域

本公开涉及水纯化领域以及具体涉及用于水纯化的有机模板化-勃姆石-纳米结构(organic-templated-boehmite-nanoarchitecture)(OTBN)。

发明背景

获得清洁饮用水是全球一个主要健康关注问题，特别是在发展中国家和不发达国家。污染水的主要污染物包括生物(例如细菌和病毒)、无机(例如氟化物、砷、铁)和有机(例如杀虫剂、挥发性有机化合物)种类。全世界各国政府的举措继续支撑着许多工程，从而确保向各国人民提供清洁饮用水。然而，技术费用一直是主要的问题，在许多情况下，费用在可负担的限度之外，而这最终会影响贫穷国家，因为它们不能够负担清洁饮用水。

通过各种源头搜集的多种统计数据发现，穷人一直忍受没法获得清洁饮用水的痛苦，这种现象非常普遍。因此，对可获得的现有技术负担能力进行改善的技术干预很重要。在改善全球人民健康上，这还要走很长的路。

用于由饮用水去除无机阴离子(例如氟化物和砷酸根)的基于铝的组合物已经得到彻底的研究。相比其他吸附剂，基于铝的组合物具有相对更高的氟化物吸附能力，所以基于铝的组合物的利用与由水中吸附氟化物更为相关。而且，基于铝的组合物不需要任何另外的过滤前/后处理。迄今已然提出基于铝的组合物能力的各种改善。实际上，在现场使用的所有基于铝的组合物可频繁再生，这大大降低水纯化的费用。然而，由于在污泥中高氟化物浓度、在水中铝浸出和污泥中高度溶解的盐含量，再生常见的随后操作(即，碱处理，随后为酸化)会导致水源的第二次污染。使用基于铝的组合物去除氟化物相关的现有技术以及相关的挑战在我们之前印度专利申请1529/CHE/2010中已经详细涵盖，其全部内容以引用方式并入本文中。

印度专利申请1529/CHE/2010描述在室温下生产羟基氧化铝-壳聚糖复合材料的方法。在吸附剂组合物中它有大量优势，其包括在室温下基于绿色化学制备；无粘合剂成粒；容易过滤能力/洗涤能力和容易适用于制备混合的金属氢氧化物/氧化物的能力。

据报道，当供给氟化物范围为1-10mg/L时，500mg/L的吸附剂剂量足以去除氟化物浓度至0.5ppm以下。在去离子水中10mg/L的初始氟化物浓度下，羟基氧化铝-壳聚糖复合材料表现出超过53mg/g的氟化物吸附能力。由于在地下水中存在竞争性阴离子，当在地下水中供给氟化物浓度范围为1-10mg/L时，组合物的氟化物吸附能力减小，需要1.5g/L的吸附剂剂量来去除氟化物浓度至0.5ppm以下。材料费用约为350印度卢比/kg。经换算为5印度卢比/10L的材料费用(假设每户家庭需要10L的无氟饮用水/天)。

而且，下列现有技术文件尝试使用基于铝和/或壳聚糖的组合物来开发各种去除氟化物的技术：

1.Miretzky P.,Cirelli A.F.,Fluoride removal from water by chitosan derivatives and composites:A review,Journal of Fluorine Chemistry132(2011)231-240；

2.Jagtap S.,Yenkie M.K.,Das S.,Rayalu S.,Synthesis and characterization of lanthanum impregnated chitosan flakes for fluoride removal in water,Desalination273(2011)267-275；

3.Fluoride removal from water by adsorption—A review,Bhatnagar A.,Kumar E.,MikaM.,Chemical Engineering Journal,171(2011)811-840；和

4.Liu R.,Gong W.,Lan H.,Gao Y.,Liu H.,Qu J.,Defluoridation by freshly prepared aluminum hydroxides,175(2011)144-149。

尽管现有技术方法和组合物对由水中去除氟化物很大程度上有效，但是仍然有改善的空间。例如，即使吸附剂组合物费用降低了，但是对于某些印度家庭来说还是太贵了。大体上，预期的水纯化组合物满足以下条件：