[发明专利]沸石负载的纳米铁锰氧化物磁性除砷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于地下水中的除砷材料，尤其涉及一种由沸石负载的纳米铁锰氧化物磁性除砷材料，属于水处理技术领域。

背景技术

目前，地下水中的砷污染问题十分普遍，它已经成为世界性的环境问题，砷具有累积性和慢性毒性，长期积累会直接危害人体健康，影响社会的持续发展，除砷技术是当今环境科学领域的研究热点之一。按照我国最新颁布的饮用水砷含量卫生标准(10 μg/L)，我国饮用水超过该标准的人口预计达数千万。

水体中除砷方法中以吸附法最为常见，该方法容易操作，成本低廉。除砷材料有活性炭、多孔矿物材料、金属(氢)氧化物、工业废物等等。沸石分子筛是价格低廉的、具有多孔结构的一类非金属矿物，以沸石分子筛为载体，负载纳米铁锰氧化物，比表面积大大提高，除砷迅速，去除率高，可以达到饮用水标准限值。并且铁锰氧化物由于具有氧化和吸附的功能，适合于应用到地下水的砷污染修复中。

发明专利《一种沸石负载的纳米铁锰二元氧化物的除砷材料及其制备方法》，申请号201210038049公布了一种沸石负载的纳米铁锰二元氧化物的除砷材料，该材料虽然具有较好的去处三价砷和五价砷的效果，但是其存在以下不足之处：该材料中的铁为+3价，以氧化铁的形态存在，不具有磁性。吸附剂除砷后，仍然存在于水体中，若要彻底除去溶液中的砷，需要进行后续的固液分离，而通常采用的沉淀、过滤过程繁琐。

发明内容

本发明提供了一种沸石负载的纳米铁锰氧化物磁性除砷材料，同时提供了该材料的制备方法，本发明所提供的除砷材料具有被磁铁吸引的特性，并且在去除水中砷等污染物前后仍然保持磁性；它具有较大的比表面积及优良的除砷性能。同时，该材料的制备方法简便，制备原料廉价易得，能高效的去除水中的砷，实现固液分离效果好，对解决水体中的砷污染的原位修复具有重要的意义。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种沸石负载的纳米铁锰氧化物磁性除砷材料，该材料以天然或人工合成的沸石分子筛作为基底材料，纳米铁锰氧化物负载于沸石分子筛的孔径内，且在整体除砷材料中纳米铁锰氧化物的质量占质量占10%~40 wt%，该材料的比表面积为280~342 m²/g；所述纳米铁锰氧化物为磁性纳米铁锰氧化物，其中纳米铁锰氧化物中铁元素和锰元素的摩尔比为9:2。

所述沸石分子筛为粒径≥100目的颗粒物或粉末。

所述的纳米铁锰氧化物能够吸附水体中的三价砷和五价砷并将三价砷氧化为五价砷。

沸石负载的纳米铁锰氧化物磁性除砷材料的制备方法：包括以下步骤： (1)、将聚乙烯吡咯烷酮充分溶解到去离子水中，水浴加热后得到溶液A；

(2)、在溶液A中加入沸石，充分混合后，加入亚铁盐溶液，得到溶液B；

(3)、将溶液B的pH值调节至碱性，直至溶液B中产生绿色沉淀；

(4)、使用喷雾装置对高锰酸盐溶液进行雾化，将雾化后的高锰酸盐溶液加入溶液B中，在加入的过程中对溶液B缓慢搅拌，生成黑色沉淀，得到溶液C；所加入的高锰酸盐溶液中锰元素与溶液B中铁元素的摩尔比为2:9；

(5)、调整溶液C的pH值在9~12之间，使溶液C保持稳定的胶体状态不沉淀；

(6)、将溶液C水浴老化6-12小时；

(7)、采用去离子水和乙醇交替对老化后的溶液C充分洗涤并过滤，将过滤后的沉淀物真空干燥，即制得沸石负载的纳米铁锰氧化物磁性除砷材料。

步骤(1)中将聚乙烯吡咯烷酮充分溶解到去离子水中后，静置0.5-1小时，再在90℃条件下水浴加热。

步骤(2)和(5)中采用2~4mol/L的氢氧化钠溶液调节溶液pH值。

所述的沸石为经过盐酸洗涤并干燥处理后沸石。

所述的高锰酸盐溶液是在密闭条件下以连续喷入方式喷入溶液B中。

步骤(6)中水浴温度为70~90℃。

步骤(7)中乙醇和去离子水交替洗涤次数为6-10次；真空干燥温度为60~80℃，干燥时间为18~24小时。

本发明所提供的制备方法中，本发明所提供的制备方法中，通过聚乙烯吡咯烷酮的良好分散剂作用，使沸石表面及孔隙中覆盖亚铁离子，当高锰酸盐在pH为9~12和温度70~90℃水浴下进入溶液后，与沸石表面的亚铁离子发生反应，生成四氧化三铁和二氧化锰的复合氧化物。由于四氧化三铁具有磁性，它与二氧化锰的复合物负载于沸石上，使得制备的材料具有磁性。