[发明专利]一种颗粒状施氏矿物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于环境工程领域，涉及一种颗粒状施氏矿物及其制备方法和应用。 

背景技术

生物成因施氏矿物是指利用化能自养微生物嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillusferrooxidans,简称A.ferrooxidans)在酸性条件下催化氧化FeSO₄.7H₂O后，Fe³⁺进一步水解而形成的结晶度较差的羟基硫酸铁矿物Schwertmainnte(即施氏矿物)，其分子式为Fe₈O₈(OH)₆SO₄。与化学合成的施氏矿物不同，生物成因施氏矿物因具有直接吸附As(III)、吸附量大、吸附性能几乎不受水体中其他竞争离子影响等显著优点而倍受业界关注(廖岳华，2008；谢越，2009；李浙英，2010)。前期研究表明，生物成因施氏矿物对废水中As(III)的吸附量可以达到101.9mg/g(李浙英等，2011)。然而，生物成因施氏矿物经NaOH改性后，矿物比表面积、As(III)吸附能力等指标特性均有进一步提高，在室温下改性施氏矿物对As(III)的最大吸附量由原来的101.9mg/g提高到143.3mg/g(李浙英，2010)。这一吸附性能远远超过了其他化学除As(III)吸附材料的吸附量，如Izumi等(2006)研究表明铁基材料对砷的最大吸附量为21mg/g；Gupta等(2009)利用铁壳聚糖复合材料吸附As(Ⅲ)时，得到其最大吸附量仅为(16.15±0.32)mg/g；郭学军等(2005)利用载铁-FeOOH-球形棉纤维素吸附剂对As(Ⅲ)的最大吸附量达到99.6mg/g，但该吸附剂平衡时间长，经24h才能达到吸附平衡。若采用对As吸附量低的吸附材料，会使得工程应用时必须具备较大的反应设备体积，进而增加了工艺成本。因此，作为一种新型环境矿物材料，施氏矿物以其对As(III)优异的吸附性能而显示出广阔的应用前景。 

然而，由于合成的施氏矿物颗粒较小，外观呈粉末状，因此，直接分散到水中会产生难以回收含砷矿物的问题，同时，当水质条件发生变化，被施氏矿物吸附的As(III)也有再次释放到环境的可能。同时，在实际应用中，将粉末状施氏矿物填充于反应器吸附柱中也难以抗击高的水流速度，易被冲散而随水流流出，使其难以用于柱状或床式水处理装置，工程推广价值受到很大限制，因此关于施氏矿物的固定化或颗粒化技术的研究具有重要的环境意义。将粉末状施氏矿物在某种外力的作用下制备成粒径较大的颗粒，虽然能符合工程应用的要求，但工艺成本将明显提高，且内部的施氏矿物由于接触不到污染物而未达到去除污染物的作用，起作用的 仅为表层施氏矿物，从而造成施氏矿物的浪费。 

我们曾经公开了一种专性吸附剂的生物合成及其用于吸附去除水中砷铬的方法(ZL200510094428.8),主要描述了施氏矿物的微生物合成方法及其应用效果。但直接合成然后直接应用的施氏矿物存在如下弊端：一是对有害物质的吸附量相对较小，例如，这种施氏矿物对Cr(VI)和As的最大吸附量分别只有55mg/g和65mg/g；其次，它虽然能用于水中Cr(VI)和As去除，但由于是粉末状，回收困难。CN102976437A公开了一种利用高比表面积施氏矿物作为吸附剂处理水中砷的方法，采用在高温(70‐90℃)条件下用Fe₂(SO₄)₃水解法合成，完全属于化学合成方法。普遍公认，采用三价铁盐高温水解合成施氏矿物，一是成本高，Fe₂(SO₄)₃的价格是FeSO₄.7H₂O的几十倍甚至上百倍。二是条件苛刻，要合成比较纯的施式矿物，能耗高且费时，因为必须高温，且水解产物在孔径2.4nm的透析袋中透析30天左右后才能获得较纯的矿物，合成周期相对较长，因此，通过此方法合成的施氏矿物开发为吸附材料用于水净化处理上成本相对较高。同样，它也是一种颗粒细小，外观为粉状的材料，同样在水处理中存在难回收，不能直接用于柱状或床式水处理装置，限制了其应用。 

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的上述缺陷，提供一种颗粒状施氏矿物。 

本发明的另一目的是提供该颗粒状施氏矿物的制备方法。 

本发明的又一目的是提供该颗粒状施氏矿物的应用。 

一种颗粒状施氏矿物，由生物成因施氏矿物经NaOH溶液改性后负载在沸石表面上制成的