[发明专利]一种同时去除砷和氟的基于磁性纳米复合材料及其应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于磁性纳米复合材料及其处理方法，尤其涉及一种同时去除砷和氟的基于磁性纳米复合材料及其应用方法。

背景技术

饮用水砷氟污染是全世界普遍面临的水质安全问题。近年来有关砷氟中毒事件的报道更是层出不穷。氟中毒是一种全身性疾病，尤其对牙齿和骨骼有较大危害，而砷则是致癌、致畸、致突变的罪魁祸首。有报道称砷氟共存时可能因二者协同毒性效应使砷氟中毒发病率大大升高。高浓度砷氟水共存和砷氟联合中毒的现象在我国新疆、山西、内蒙古、贵州等地区都有报道，高氟水主要分布在华北、西北、东北和黄淮海平原地区，某些村镇砷氟浓度甚至分别高达0.2mg/L和3.5mg/L以上。我国生活饮用水卫生标准(GB 5749-2006)规定饮用水中砷氟的含量分别不能低于0.01mg/L和1mg/L。因此，对饮用水中砷氟的去除势在必行。

饮用水中砷氟去除方法是全世界研究的重点也是难点。目前国内外还没有关于砷氟同时去除的有效方法报道。而对溶液中单一砷或氟的去除方法则大同小异，主要有：混凝沉淀法、离子交换法、膜分离法、生物法和吸附法等。其中吸附法由于其具有操作简单、经济环保、种类繁多等优点备受人们关注。近年来应用较多的除砷除氟吸附材料主要有稀土元素(红土、蒙脱土、黏土材料等)、铁铝及其化合物(零价铁、氧化铁、氢氧化铝等)、活性材料(活性炭、活性沸石、活性铝等)、改性材料(改性二氧化锰、改性赤泥等)、复合材料(铁锰复合材料、铁化合物与铝化合物的复合等)等。尽管上述吸附材料具有合成容易、成本低廉等优点，但其因普遍存在吸附容量低的缺点，致使国内外研究人员花费很多精力和时间去寻找吸附容量更大的吸附剂。纳米材料(纳米二氧化钛、纳米二氧化锆、纳米二氧化硅等)就是在这种情况下进入人们视野的，因其具有很大比表面积的特点，所以其吸附容量也远大于其它传统吸附剂。美中不足的是其同时也存在有分离程序复杂、重复利用困难、难以达到对水中As(III)、As(V)及氟同时去除效果等缺点。比较遗憾的是到目前为止，同时具有吸附容量大、分离速度快、重复利用次数好、并且能同时对水中砷和氟都能去除的吸附剂在国内外的报道几乎没有。另外，在实际的水处理工艺中，主要有用吸附颗粒填柱的固定床装置以及利用液体不断流动产生的冲量而使吸附颗粒处于悬浮运动状态的流化床装置。可惜这两种均具有一个比较大的缺点，那便是达饱和的吸附颗粒回收处理操作复杂，成本也相对较高，而且在吸附达饱和后换柱的过程费时费力，无法让反应流程连续进行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同时去除砷和氟的基于磁性纳米复合材料及其处理方法，该磁性纳米复合材料以磁性纳米吸附剂为载体，并在其表面包埋一层过渡金属的氢氧化物，合成同时具有磁性和纳米性能的复合材料；用此磁性纳米复合材料对高氟高砷、高砷低氟、低砷高氟等地下水进行处理吸附。

本发明是这样实现的，一种同时去除砷和氟的基于磁性纳米复合材料，其制备方法为：称取摩尔比Fe(III)∶Fe(II)＝2∶1的FeCl₃·6H₂O和FeSO₄·7H₂O，在氮气的保护下加80-120mL去离子水，在机械搅拌的条件下将其放入85-95℃的恒温水浴锅中，逐滴加入1-3mol/L的NaOH，直到溶液变为亮黑色为止，继续搅拌反应2-3小时，利用外加磁场分离即可得到磁性Fe₃O₄，密封存放于100-200mL去离子水中，将磁性Fe₃O₄悬浮溶液10-30mL和1-2mol/L的ZrOCl₂·8H₂O 100-200mL混合，逐滴加入1-3mol/L的NaOH，直到溶液由黑色变为深黄色为止，继续搅拌反应2-3小时，利用外加磁场分离即可得到磁性纳米复合材料，用Fe₃O₄@ZrO(OH)₂表示。

在基于磁性纳米复合材料表面包埋一层过渡元素(如：铈、铁、锰、钛等)的氢氧化物合成的磁性复合材料，也具有高效、易分离、能同时去除砷和氟的性能。

过渡元素为铈、铁、锰或钛。

一种同时去除砷和氟的基于磁性纳米复合材料的应用方法步骤为：