[发明专利]一种吸附-超导磁分离除砷锑的磁性吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及重金属去除的磁性吸附剂以及吸附与超导磁分离耦合去除水中砷锑等重金属的方法。

背景技术

砷锑是毒性很强的重金属元素，其在环境中存在将对人体健康和生态安全产生严重影响。在全世界范围内都存在由于天然地下水砷污染而导致的饮用水安全问题，而就锑而言则主要是由于认为开采锑矿和含锑废水排放导致的饮用水源或水体锑污染。我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)对砷浓度限值做出了更为严格的规定，要求饮用水中砷最大浓度必须低于10μg/L，而锑的浓度限值则为5μg/L。

近十年来，国内外在除砷除锑方面开展了大量的研究与技术开发工作，吸附、絮凝-沉淀-过滤、絮凝-直接过滤、电渗析、离子交换、膜分离等去除方法得到了系统研究。吸附仍是去除水中砷锑的最佳方法之一。在除砷除锑吸附材料方面，国内外报导的吸附剂有活性氧化铝、赤泥、改性活性炭、羟基氧化铁、锰砂、水合锰氧化物、氧化铁-氧化铝复合纳米材料、铁锰复合氧化物/硅藻土等材料。例如，蔡亚岐等人发明的氧化铁-氧化铝复合纳米材料(专利申请号：CN200710118307.1)颗粒粒径细小、比表面积大，从而表现出很强的去除水中砷等污染物的能力。吸附剂设计过程中，存在一个不可避免的矛盾是，颗粒粒径越小废弃吸附性能越强，但对固液分离的要求则更高；反之，增加颗粒粒径将其作为吸附床填料，则代价是吸附性能下降。建立可有效强化固液分离的技术方法，可能是平衡上述矛盾的关键。

将材料赋磁形成赋磁功能吸附材料，这在国际上得到了广泛的研究，但截至目前仍缺乏中试或工程应用规模的案例。其原因在于仍缺乏高效、经济、且可工业化应用的磁分离设备。针对该问题，江苏旌凯中科超导高技术有限公司开展了系统开发工作，在磁性材料超导分离上取得了重要突破，形成了一系列关键技术(如CN201110053441，CN201310583350，CN201310516009)。发明人在前期研究开发工作基础上，提出将具有强吸附能力的弱磁性材料铁基凝胶通过原位反应的方法负载在吸附能力较弱但具有强磁性的铁酸盐材料上，从而获得同时具备很强吸附能力与优异的磁分离特性的材料。材料吸附砷锑之后，再利用连续式超导磁分离系统完成固液分离。CN103736586A公开了一种连续式超导磁分离系统及其应用工艺，所述连续式超导磁分离系统包含立式圆柱型超导磁体，高梯度介质网，位于超导磁体内圆柱下端部的高梯度介质网承托系统，配制卡扣的高梯度介质转动盘，高梯度介质场外传动系统，以及实现高梯度介质进入及退出磁场的顶压系统；待选物料进入超导磁场后，有磁颗粒在高梯度介质网中附着，无磁颗粒在超导磁体下端收集；高梯度介质网通过磁选区承托系统在超导磁体内静止，通过顶压系统逐片进入或退出磁场；已吸附有磁颗粒的高梯度介质网退出磁场后通过高梯度介质转动盘先后进入清洗区和磁场外传动区，其后通过超导磁体上方顶压系统重新进入磁选区，实现连续作业。

发明内容

本发明的目的之一是针对水中的砷锑等污染物，提供一种性能高效、经济可行、易于在工程中大规模应用的磁性吸附剂。

本发明的目的之二是提供磁性吸附剂的制备方法。

本发明的目的之三是提供磁性吸附剂的应用方法。

本发明所涉及的磁性吸附剂的设计原理在于：铁基凝胶具有很强的吸附能力，且具有弱磁性；铁酸盐具有强磁性，且具有一定的吸附砷锑的能力。将具有强吸附能力的弱磁性材料铁基凝胶通过原位反应的方法负载在吸附能力较弱但具有强磁性的铁酸盐材料上，从而获得同时具备很强吸附能力与优异的磁分离特性的材料。吸附了砷的吸附剂以及砷污染物在超导磁分离单元中完成固液分离，水中的砷得以净化去除。采用该磁性吸附剂以及吸附-超导磁分离方法可用于去除饮用水、地下水、工业废水以及湖泊、水库、河流等水体中的砷锑污染物，也可用于水中铜、铬、镉、铅、铊等重金属和磷酸盐等污染物去除以及突发性污染事件的水体污染治理。

本发明所述的磁性吸附剂是由铁基凝胶负载在铁酸盐表面制得。

所述的铁酸盐可选自铁酸锰、铁酸铜、铁酸镁、四氧化三铁等中的至少一种。

所述的铁基凝胶通过如下方法制备：

(1)配制铁盐溶液和碱溶液，铁盐浓度范围为0.5～10mmol/L，碱溶液中OH^-浓度范围为0.1～10mol/L；

(2)在充分搅拌的条件下，将碱液缓慢滴加到铁盐溶液中，平衡pH值在4～7.5之间；

(3)继续搅拌5～30min，静置60min～24h；