申请日2012.12.28
公开(公告)日2017.02.22
IPC分类号B01J20/06; C02F1/28; B01D61/14; B01J19/18
摘要
本发明涉及一种制备其中金属氧化物结合到聚合物颗粒表面的用于水处理的颗粒状氧化物吸附剂的方法;更具体地，本发明涉及一种制备颗粒状氧化物吸附剂的方法，该方法包括以下步骤：将聚合物颗粒置于酸性溶液中;将聚合物颗粒加入到金属氧化物水溶液中并调节pH值;和清洗并干燥所获得的产物。因此，提供由该制备方法所制备的颗粒状氧化物吸附剂并且将其应用于水处理等中。
权利要求书
1.一种用于制备颗粒状氧化物吸附剂的方法，包括以下步骤：
将聚合物颗粒置于酸性溶液中;
清洗所述聚合物颗粒;
将所述聚合物颗粒加入到金属盐水溶液中，将pH值调节到pH 5至pH 10同时搅拌所述溶液，从而在上述聚合物颗粒上形成金属氧化物;和
清洗并干燥所述聚合物颗粒，
其中所述金属氧化物是选自铁氧化物、铝氧化物和钛氧化物的一种或多种类型，且
所述聚合物颗粒的聚合物具有与铁离子、铝离子或钛离子结合的阴离子官能团。
2.根据权利要求1所述的用于制备颗粒状氧化物吸附剂的方法，其中所述聚合物颗粒的聚合物具有磺酸基。
3.根据权利要求1所述的用于制备颗粒状氧化物吸附剂的方法，其中所述铁氧化物是选自水铁矿、磁铁矿、赤铁矿和针铁矿的一种或多种类型。
4.一种利用根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法所制备的颗粒状氧化物吸附剂。
5.一种水处理方法，包括步骤：在膜过滤法水处理工艺的预处理中使根据权利要求4所述的吸附剂与进水接触。
6.根据权利要求5所述的水处理方法，还包括通过用pH 10至pH 13的碱性溶液或氧化剂处理所述吸附剂并去除被吸附污染物而使所述吸附剂再生的步骤。
7.根据权利要求6所述的水处理方法，其中pH 10至pH 13的碱性溶液是选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钠和碳酸钾的一种或多种类型。
8.根据权利要求6所述的水处理方法，其中所述氧化剂是选自次氯酸、二氧化氯、过氧化氢和臭氧的一种或多种类型。
9.根据权利要求6所述的水处理方法，其中在所述吸附剂的吸附容量达到饱和之前定期地重复所述再生步骤。
说明书
颗粒状氧化物吸附剂的制备及使用该吸附剂的水处理方法
技术领域
本发明涉及一种用于制备颗粒状氧化物吸附剂的方法及使用该吸附剂的水处理方法;更具体地，本发明涉及一种通过使金属氧化物结合到聚合物颗粒表面而制备用于水处理的颗粒状氧化物吸附剂的方法、以及使用由此制备的吸附剂的水处理方法。
背景技术
常规的水处理 工艺包括凝聚、沉淀、过滤和消毒，并且主要的处理目标局限于悬浮物和通过氯气消毒而灭活的病原微生物。然而，由于工业化、人口增长等原因使得原水的水质日益恶化，现有的水处理工艺暴露出它们的局限性，因为现在随着医学、化学和分析仪器的发展尚未被充分地研究或检测的各种污染物已作为新的有害物质而出现。
特别是，有小规模供水设施的情况更加严重，这些设施本身已发生劣化并且状态非常低劣。另外，水源是河流、浅层地下水、水井等，因此水质和水量变化是非常可变的，并且由于附近的生活污水、畜禽废水、农用化学品等原因使得水有可能被污染。
因此，迫切地需要引入用于解决小规模水处理设施的问题的新水处理工艺;迄今为止已尝试引入先进水处理工艺(例如生物活性炭工艺或者使用臭氧的先进氧化工艺)。然而，这些工艺并不适合于小规模设施，通常被引入相对较大规模的净化厂。
发达国家例如美国和日本目前正在引入膜分离工艺作为水处理工艺，以便解决这种问题。膜分离工艺通常根据膜孔和水质中的截留分子量而去除污染物，因此，如果基于被处理目标水的水质来选择适当的膜，则可去除几乎所有的病原微生物以及混浊物和藻类。不被氯气消毒灭活的隐孢子虫、贾第鞭毛虫等，近来已成为美国、日本等国家中的问题，可以仅通过微滤有效地去除，当采用超滤时可以几乎完全地去除，并且通过超滤也可去除几乎所有的病毒。另外，膜分离工艺可容易地与其他物理化学处理工艺形成混合系统，由此通过添加适当的用于处理污染物的处理工艺可相对容易地改善水质，并且可获得目标水质。
同时，水处理中通常使用的微滤膜/超滤膜目前可去除几乎所有的混浊物、细菌、不溶解的铁和锰、藻类等，但颜色和消毒副产物(例如，三卤甲烷)的前体仍然留在水中，这些被指出是使用膜的水处理工艺的一个问题。经过净化的原水中的硝酸盐或重金属(例如铁、锰等)被认为是问题，尤其在小规模净化厂中，这些微细污染物难以通过单一的膜工艺加以去除。因此，可通过改变若干膜污染材料的理化特性来控制膜污染，并且利用化学混凝来控制颗粒物以便控制特定的物质和膜污染，但会产生大量的化学污泥。可利用砂过滤或纤维过滤来控制颗粒物，但在操作和反冲洗过程中的砂层堵塞和短路现象、以及纤维的缠结被指出是操作问题。可将吸附剂(例如粉状活性炭和金属氧化物)用于预处理，但使用过的吸附剂的回收和再生等则是大的障碍。
鉴于以上情况，本发明的发明人已开发出一种使无机吸附剂颗粒化、控制膜污染、和将颗粒状氧化物吸附剂用于膜过滤之前的预处理的显示提高水处理效率的方法，由此完成了本发明。
发明内容
[技术问题]
本发明的一个目的是提供一种制备用于水处理的、其中结合了金属氧化物的颗粒状氧化物吸附剂的方法。
本发明的另一个目的是提供一种采用该制备方法所制备的颗粒状氧化物吸附剂。
本发明的又一个目的是提供一种使用该吸附剂的水处理方法。
[技术方案]
鉴于以上情况，本发明提供一种用于制备颗粒状氧化物吸附剂的方法，该方法包括以下步骤：将聚合物颗粒置于酸性溶液中(步骤1);清洗并干燥聚合物颗粒(步骤2);将聚合物颗粒加入到氧化物水溶液中，将pH值调节到pH 5至pH 10同时搅拌溶液(步骤3);和清洗并干燥聚合物颗粒(步骤4)。
步骤1是处理聚合物颗粒表面以便可以使氧化物结合到聚合物颗粒表面的步骤，亦即，将聚合物颗粒置于酸性溶液中的步骤。作为酸性溶液，可使用选自盐酸、硝酸和硫酸的一种或多种溶液，并且将溶液的pH值优选地调节到pH 1至pH 3。可在事先制备酸性溶液之后加入聚合物颗粒，或者可将聚合物颗粒置于超纯水中然后通过添加酸性溶液来调节pH值。在将聚合物颗粒置于酸性溶液中时聚合物表面被处理，优选的是将该溶液于室温下放置24小时。
聚合物颗粒优选地是具有磺酸基以便结合金属离子的聚合物颗粒。作为一个实例，可使用磺化聚苯乙烯，然而该实例并不局限于此。
步骤2是清洗滞留在聚合物颗粒中的酸并且干燥以便可以将经历步骤1的聚合物颗粒用于以下步骤的步骤。使用超纯水的清洗是优选的，并且在烘箱等中的完全干燥是优选的。
步骤3是在经历步骤2的聚合物颗粒表面上形成氧化物的步骤;并且是将聚合物颗粒加入到金属氧化物水溶液中，将pH值调节到pH 5至pH 10同时搅拌该溶液的步骤。
作为金属氧化物，可使用选自铁氧化物、铝氧化物和钛氧化物的一种或多种类型，但金属氧化物并不局限于此。优选地，可使用选自水铁矿、磁铁矿、赤铁矿和针铁矿的一种或多种类型，但金属氧化物并不局限于此。在将聚合物颗粒加入到金属氧化物水溶液中之后，通过调节pH值而在聚合物颗粒表面上形成氧化物。在这里，优选的是基于所形成氧化物的类型来调节pH值，作为一个实例，对于水铁矿而言将pH值优选地调节到pH 7，对于磁铁矿而言将pH值优选地调节到pH 10。
对于氧化物而言，优选地实施搅拌以便氧化物充分地形成于聚合物颗粒的表面上，作为一个实例，搅拌24小时是优选的。
可通过添加碱性材料来调节pH值，因此可使用氢氧化钠或氢氧化钾。但碱性材料并不局限于此。
步骤4是通过清洗并干燥经历步骤3的聚合物颗粒而获得颗粒状氧化物吸附剂的步骤。
优选的是，通过将聚合物颗粒于室温下放置48小时然后用超纯水清洗数次而实施干燥工艺，并且再一次在真空烘箱中于室温下实施大约48小时的干燥工艺。
就用于制备颗粒状金属氧化物吸附剂的方法而言，可通过将聚合物颗粒添加到金属氧化物水溶液中并将它们加以搅拌(如上所述)而制备颗粒状氧化物吸附剂。