[发明专利]一种磁性铁/镧复合除砷吸附材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新颖的磁性铁/镧复合除砷吸附材料及其制备方法；该复合吸附材料是以三价铁盐、三价镧盐和配体对苯二甲酸为前驱体，以N,N‑二甲基甲酰胺（DMF）为介质溶剂，通过溶剂热反应，获得双金属‑有机骨架材料；然后在空气氛中焙烧配位产物，进而获得由氧化铁（Fe₂O₃）与碳酸氧化镧（La₂O₂CO₃）组成的磁性复合吸附剂。本发明合成的磁性复合吸附剂，不仅可以高效利用镧对砷酸根的强吸附性，还可以利用氧化铁的磁分离性能，更重要的是其具备易再生、能循环使用等突出优点。本发明为饮用水、生活污水、工业废水中砷等重金属的去除提供了一种选择，具有重要的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及一种去除水体（饮用水和污水）中砷离子的复合吸附剂的开发，具体提供一种新颖的高效去除砷的磁性铁/镧复合吸附剂及其制备方法，属于水处理技术领域。

背景技术

水体中重金属的污染一直是困扰人类的世界性难题。其中，高毒性的砷，对人类健康和自然环境则产生着更为严重的影响。研究表明，孟加拉国，智利，阿根廷，印度，中国，澳大利亚等许多国家和地区，约1.5亿人口受到高砷水的威胁。为降低含砷化合物带来的风险，1993年，世界卫生组织（WHO）制定了新的饮用水标准，即由原来的最大允许值50 μg/L降低到10 μg/L。随后，欧盟（EU）、美国环保署（USEPA）、加拿大、中国、日本等多个国家和地区也陆续采用了这项新的标准。该项标准的实施和推广，对水体砷的去除和控制提出了更高的要求。因此，研究和开发高效的除砷技术一直是基础科学和工程领域的热点。

目前，去除水中砷的方法很多，主要有膜分离法，离子交换法，混凝-沉淀法，吸附法，光催化氧化法，生物法等。相比而言，吸附法具有成本低廉、操作简单、高效绿色等优点，是一种普遍推广的水处理技术。吸附技术的关键是开发高效的吸附剂。传统的吸附剂主要包括活性炭、活性氧化铝、铁锰氧化物、钛氧化物，赤泥，改性生物吸附剂等。其中，由于金属氧化物表面含有较多的羟基，能够与砷酸根发生配位作用，因此广泛应用于水体砷的去除。相比而言，含铁化合物不仅具有含量丰富，价格低廉的优点，而且去除砷的效果也很显著。然而，这类吸附剂的吸附量仍不能满足实际的需求。近年来研究显示，稀土金属化合物对砷离子具有更好的亲和性，然而高昂的成本和繁琐的分离过程，限制了材料的规模生产和应用。因此，开发高效、可磁分离以及能再生重复利用的复合吸附材料，对于水体修复具有极其重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的之一是针对水中砷等污染物，设计一种可用于吸附去除砷的磁性铁/镧复合材料。

本发明的目的之二是提供磁性复合吸附材料的制备方法。

本发明的目的之三是提供磁性复合吸附材料的再生方法。

本发明所论述的磁性复合砷吸附剂的合成机理在于：铁基材料有磁性但吸附效果不佳，镧基材料吸附效果好但无磁性；铁镧复合材料可能既有较好的吸附性能又有磁分离性能；据文献报道，三价铁和镧均能够与对苯二酸发生配位，生成金属-有机骨架复合材料；因此，一种可行的方法是将三价镧掺杂到铁基有机骨架材料中获得双金属有机-骨架材料。此外，为了赋予复合材料磁性，直接焙烧双金属-有机骨架结构复合材料。特别地，焙烧产物同时包含铁镧元素且具有一定的磁性。该复合吸附剂用于水中砷的去除，不仅表现出优异的吸附性能还可以简单的磁性分离。本发明为饮用水和污水等水体中砷的去除和控制，提供了一种可靠的选择。

本发明涉及的一种可用于吸附去除砷的磁性铁/镧复合材料，具体的合成步骤如下：

1、称量药品：按照配位计量系数比，分别称取适量六水合硝酸镧（La(NO₃)₃·6H₂O）、六水合氯化铁（FeCl₃·6H₂O）和对苯二酸（H₂BDC）。