[发明专利]吸附饮用水中重金属和砷、氟的滤芯制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及一种吸附饮用水中重金属和砷、氟的滤芯制备方法和应用，这种滤芯应用于各种饮用水处理设备，如家用饮水机等，也可以用于污水处理。 

背景技术

随着工农业生产和城市现代化的迅速发展，环境污染日益严重，其中重金属离子和砷、氟、汞等离子在环境中只能改变形态或被转移、稀释、积累，却不能降解和彻底消除，威胁着人类饮水安全和健康。因此，如何消除水中的有害重金属是迫在眉睫的环境问题。 

目前，处理重金属的方法有很多，包括：混凝沉淀法、吸附法、氧化法、离子交换法、膜分离法、生物方法、光化学技术等。但是对于饮用水的处理，由于这些有害离子的含量通常很低，所以很多方法的应用受到限制，如混凝沉淀法更适合于污水处理；氧化还原法必须连续使用而且一些氧化剂对水也存在污染；生物法需要较长时间才能见效；离子交换法和膜分离法成本较高；光催化法依赖光源等设备而且制备催化剂成本较高。目前饮用水的处理方法以吸附法，反渗透和超滤膜为主。由于重金属离子的体积较小，如果采用反渗透和超滤膜就需要孔径非常小，这样出水量也会减小，供水出现问题，同时成本也会提高。吸附法简单有效，成本低，适用于重金属离子和砷、氟、汞等离子的消除。 

活性炭作为一种优质吸附剂，具有独特的孔隙结构和表面官能团，其机械强度高，有足够的化学稳定性，并且可以耐酸、耐碱、耐热。在水处理过程中活性炭不仅能够除臭、除味、除色度，还可以去除OCPs(有机氯农药)、ABS(烷基苯磺酸钠、合成洗涤剂)等有机污染物，目前活性炭已成为应用广泛的水处理吸附剂之一。活性炭虽然可以用于各种重金属的共同去除，但吸附容量并不理想，需对活性炭改性。近年来，二氧化钛（TiO₂）作为新型的催化剂和吸附剂，成为材料学、环境科学的一个研究热点；TiO₂对许多金属离子具有较强的吸附能力；但是 TiO₂作为粉体单独使用，成本较高，而且难以回收。因此基于以上两点，TiO₂需要载体负载。本专利利用活性炭(AC)负载TiO₂构成TiO₂/AC吸附剂，吸附重金属离子和砷、氟、汞等离子，保障居民的饮用水安全。 

经过专利检索，目前利用TiO₂去除重金属离子和砷、氟、汞等离子的专利有很多，可以分为先催化氧化后吸附和直接吸附两大类。先催化氧化后吸附的方法需要TiO₂具备较强的光催化能力以及催化所需的光照等条件，相比直接吸附较复杂。如申请号201010157248.0和201110402563.X的文献，都是先通过400度以上的高温制备TiO₂，然后利用光电催化处理工业水和污泥。还有一些专利只是提到改进TiO₂的制备方法来提高其光催化性能，如200510049369.2，200610025568.4，200810034554.8，200910153373.1，201010017935.2，201010259771.4，201110004813.4，201110093927.0，201210270940.3，201210271973.X等，都是需要在400度以上的高温制备TiO₂。文献201210054103.7为水热法制备TiO₂。文献201110328561.0需要在100℃～300℃，真空条件下烘干4h。总之，这些方法都需要比较高的合成条件和催化条件。 

对于直接吸附的方法大部分采用粉体直接吸附，这样在粉体回收时会有一定困难。文献200910238505.0，201310013818.2和201110022984.X采用沉淀法合成TiO₂粉体用于吸附。文献201110066392.8利用水热法制备粉体，进行吸附。文献201010500917.X在合成粉体时需要灼烧，利用粉体进行吸附。 

对于直接吸附的方法也有负载在载体上吸附的文献。如200410099361.2利用蒙脱土高温烧结负载；201110258143.9以交联壳聚糖为基体，用交联剂粘合纳米TiO₂和纳米Fe₃O₄粉体负载；201110341090.7水热法负载TiO₂在活性炭上；200910223338.2通过高温焙烧将TiO₂和氧化镧负载于活性炭上。这些方法中通过高温烧结会使成本升高，通过交联剂粘合以及水热法也会使操作变得复杂。