專利名稱：一種羥基鐵包覆過濾材料、其制備方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水處理材料，具體地，涉及一種羥基鐵包覆過濾材料、其制備方法及其用于去除水中砷、氟、油等污染物的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著我國工業(yè)規(guī)模的快速增長，由工業(yè)廢水、廢渣導(dǎo)致的水體污染問題也日益突出。200廣2008年在我國發(fā)生的28起重要的水污染事件中，有3起源于水中砷污染，2起源于氟污染。2002年湖南衡陽因工業(yè)廢水污染導(dǎo)致100多人砷中毒，出現(xiàn)嘔吐、手腳麻木、眼膜充血等癥狀。2007年貴州都柳江因企業(yè)違法排污使17人砷中毒，并導(dǎo)致沿河2萬多人生活用水困難。2005年河北圍場縣近20萬人氟中毒，2007年寧夏固原又有7萬多人氟中毒。近年來，水體中砷污染事件有增無減。根據(jù)中國地質(zhì)科學(xué)院水文環(huán)境地質(zhì)研究所于2011年4月間對云南柴石灘水庫、南盤江宜良境內(nèi)水域砷含量的檢測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)砷含量分別達(dá)0. 215mg/L和0. 226mg/L,屬于嚴(yán)重污染。2010年9月，在湖南岳陽縣的自來水例檢中，也發(fā)現(xiàn)砷含量超標(biāo)10倍，污染源于企業(yè)高濃度含砷污水的非法排放。在我國華東、華北、西北的部分地區(qū)，包括河南、河北、天津、安徽、山西、內(nèi)蒙、甘肅、寧夏、青海、新疆等地區(qū)，地下水資源都不同程度地被氟污染，特別是華北地區(qū)飲用高氟水絕對人數(shù)和比例均居全國首位，其次是華東地區(qū)。有統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，我國至少有5000萬人在飲用高氟水，因長期飲用高氟水導(dǎo)致大面積出現(xiàn)氟斑牙、氟骨癥等氟病癥的省、市、自治區(qū)已占全國的一半。我國是一個水資源嚴(yán)重不足的國家，人均擁有的淡水資源還不到世界平均水平的 25%。針對我國工業(yè)廢水中砷、氟等有害元素給我國水資源造成的日益嚴(yán)重的污染問題，開發(fā)一種能高效吸附水中砷、氟等有害雜質(zhì)的過濾材料，對我國水資源凈化、生態(tài)環(huán)境保護和人民群眾的身體健康都具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種集物理過濾和化學(xué)吸附于一體的新型過濾材料——羥基鐵包覆過濾材料，該過濾材料采用羥基氧化鐵活性成分包覆傳統(tǒng)陶瓷過濾材料，可實現(xiàn)懸浮態(tài)顆粒物過濾與溶解態(tài)污染物吸附同步去除的功能，對工業(yè)廢水和飲用水具有很好的過濾和去除砷、氟等有害雜質(zhì)的效果。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種羥基鐵包覆過濾材料，該過濾材料具有核一殼結(jié)構(gòu)，該核是指陶瓷濾料基體，該陶瓷濾料基體是采用陶瓷濾料經(jīng)造粒、燒結(jié)形成的，該陶瓷濾料是指高嶺土、石英和白云母的任意一種以上；該殼是指在所述核的表面包覆的羥基氧化鐵活性物質(zhì)包覆層。上述的羥基鐵包覆過濾材料，其中，所述的陶瓷濾料包含以下按重量百分?jǐn)?shù)計的物質(zhì)
SiO268 70%;Al2O318 24%;
CaOΓ2%;
K20/Na20 3 3.8%; CaMg (CO3) 25%。上述的羥基鐵包覆過濾材料，其中，所述的羥基氧化鐵活性物質(zhì)包含F(xiàn)eO(OH)，該 FeO(OH)是氫氧化鐵沉淀經(jīng)煅燒活化處理得到。上述的羥基鐵包覆過濾材料，其中，所述的羥基氧化鐵活性物質(zhì)層還包含按重量百分?jǐn)?shù)計為If 20%的鎂質(zhì)燒結(jié)助劑，該鎂質(zhì)燒結(jié)助劑包含白云石、滑石和斜綠泥石的任意一種以上。上述的羥基鐵包覆過濾材料，其中，所述的鎂質(zhì)燒結(jié)助劑由按重量百分?jǐn)?shù)計 30-50%白云石、30-50%滑石和10-30%斜綠泥石構(gòu)成；更優(yōu)選的是按重量百分?jǐn)?shù)計40%白云石、40%滑石和20%斜綠泥石構(gòu)成的鎂質(zhì)燒結(jié)助劑。所述斜綠泥石作為粘結(jié)劑。上述的羥基鐵包覆過濾材料，其中，所述的包覆層厚度為0. 5^1. 0mm。本發(fā)明還提供了一種上述羥基鐵包覆過濾材料的制備方法，該方法包含以下具體步驟
步驟1，制備濾料基體稱取陶瓷濾料，添加按重量百分?jǐn)?shù)計為1(Γ14%水后進行混練， 悶料均化后用團球機成形為直徑廣3mm的生坯球，干燥后在梭式窯中于125(T128(TC燒結(jié)， 保溫2、小時后自然冷卻；
步驟2，制備羥基氧化鐵活性物質(zhì)以三氯化鐵和氫氧化鈉溶液化學(xué)沉積得到的氫氧化鐵，該氫氧化鐵在60(T90(TC煅燒活化、粘結(jié)，得到活化的羥基氧化鐵，即羥基氧化鐵活性物質(zhì)；
步驟3，包覆采用團球機使步驟2制備的羥基氧化鐵活性物質(zhì)對步驟1制備的濾料基體進行包覆，包覆層厚度控制在0. 5 1. 0mm，然后在40(T80(TC進行活化廣1. 3小時，經(jīng)檢測合格的產(chǎn)品即可包裝出廠。上述的羥基鐵包覆過濾材料的制備方法，其中，在步驟2中，還包含將活化的羥基氧化鐵與鎂質(zhì)燒結(jié)助劑混合的步驟。上述的羥基鐵包覆過濾材料的制備方法，其中，所述的鎂質(zhì)燒結(jié)助劑加水兌成液體，以噴霧的形式加入到活化的羥基氧化鐵中。本發(fā)明還提供了一種上述的羥基鐵包覆過濾材料在水處理中的應(yīng)用。現(xiàn)有的陶瓷濾料廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域，但不具備吸附水污染中的砷、氟有害元素的能力；而本發(fā)明的羥基鐵包覆濾料可廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域，且具備吸附水污染中的砷、氟有害元素的能力，羥基鐵包覆過濾材料可吸附砷>9mg/g，氟、mg/g。本發(fā)明提供的產(chǎn)品吸附能力強、物理強度高、化學(xué)穩(wěn)定性好，不僅對水體中溶解態(tài)污染物具有很好的吸附截留效果，而且其物理過濾效果也優(yōu)于傳統(tǒng)的陶瓷濾料，能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益，具有非常好的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明的一種羥基鐵包覆過濾材料的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明制備羥基鐵包覆過濾材料的工藝流程圖。
圖3為本發(fā)明的實施例中原料瓷土的礦物組成X射線衍射(XRD)分析圖；其中標(biāo)注Δ的表示石英，0表示白云母。圖4為本發(fā)明的羥基氧化鐵的熱重一差熱(TG-DSC)分析圖。圖5為本發(fā)明的經(jīng)600°C煅燒活化后的羥基氧化鐵產(chǎn)物的X射線衍射(XRD)分析
A-Fe2O3
圖，其中SiO2 。
-FeO(OH)圖6為本發(fā)明的鎂質(zhì)燒結(jié)助劑的X射線衍射(XRD)分析圖，
O-白云石
其中滑石。
.,、 □-斜綠泥石(Mg’Fe)6(S i,A1)4O10(OH)3圖7為本發(fā)明的燒結(jié)后陶瓷濾料基體的X射線衍射(XRD)分析圖，
A-SiO2 其中寞來石。
■ -FeSiOi圖8為本發(fā)明的燒結(jié)后陶瓷濾料基體的顯微結(jié)構(gòu)(SEM，X 3000)示意圖。圖9為本發(fā)明的羥基鐵包覆濾料表面的X射線衍射(XRD)分析圖
▲ -FegOg 其中· -SiO2 ο -FeO(OH)圖10為本發(fā)明的包覆層表面與陶瓷濾料基體間的結(jié)合情況示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步地說明。為了使羥基鐵包覆濾料既有一定的強度，又有很好的過濾和吸附性能，如圖1所示，本發(fā)明提供的羥基鐵包覆過濾材料具有核一殼結(jié)構(gòu)以傳統(tǒng)的陶瓷濾料為基體10 (即， 核)，在其表面包覆羥基氧化鐵活性物質(zhì)包覆層20 (S卩，殼)。該陶瓷濾料基體10是采用陶瓷濾料經(jīng)造粒、燒結(jié)形成的，該陶瓷濾料是指高嶺土、石英和白云母的任意一種以上。如圖2所示，為本發(fā)明制備羥基鐵包覆過濾材料的工藝流程陶瓷濾料經(jīng)攪拌混合，造粒，燒結(jié)，得到陶瓷濾料基體；三氯化鐵和氫氧化鈉經(jīng)化學(xué)沉積步驟得到氫氧化鐵，該氫氧化鐵經(jīng)煅燒活化得到羥基氧化鐵，該羥基氧化鐵與鎂質(zhì)燒結(jié)助劑混合均勻后，包覆在陶瓷濾料基體外部，再經(jīng)活化，檢驗合格后，包裝。實施例1
制備羥基氧化鐵包覆過濾材料所用原料包括瓷土、三氯化鐵、氫氧化鈉、鎂質(zhì)燒結(jié)助劑。陶瓷濾料基體以萍鄉(xiāng)本地出產(chǎn)的瓷土為主要原料，其礦物組成主要是高嶺土、石英和少量白云母，如圖3所示。包覆層羥基氧化鐵以按重量百分?jǐn)?shù)計20%的氯化鐵(FeCl3)、15%的燒堿(NaOH)及
565%的水為原料反應(yīng)，采用化學(xué)沉積法制備；其中，形成羥基氧化鐵的化學(xué)反應(yīng)如下 FeCl3 + 3Na0H —~- Fe(OH)3 J, + 3NaCl Fe (OH) 3 —“^ FeO(OH) + H2O。如圖4所示，羥基氧化鐵的熱重一差熱(TG-DSC)分析結(jié)果顯示，從室溫至900°C 一直存在一個緩慢的失重過程，總失重量為3. 29%，說明羥基的脫除是一個漸進過程，在 900°C前羥基氧化鐵均有較高的活性。經(jīng)600°C煅燒活化后的羥基氧化鐵產(chǎn)物的XRD分析結(jié)果如圖5所示，主晶相為Fe2O3和FeO (OH)，另有少量SiO2,可能是在樣品加工過程中帶入的。為了提高羥基氧化鐵包覆層與陶瓷濾料基體間的結(jié)合強度，在羥基氧化鐵粉中加入了按重量百分?jǐn)?shù)計18%的鎂質(zhì)燒結(jié)助劑，其物相組成如圖6所示，由40%(重量百分比)白云石、40%滑石和20%斜綠泥混合構(gòu)成，加水?dāng)嚢瑁瑑冻梢后w混合物，以噴霧的形式加入。步驟1，制備濾料基體稱取陶瓷濾料，添加按重量百分?jǐn)?shù)計為10%水后進行混練， 悶料均化后用團球機成形為直徑廣3mm的生坯球，干燥后在梭式窯中于1250°C左右燒結(jié)， 保溫2、小時后自然冷卻；燒結(jié)后陶瓷濾料基體的X射線衍射分析結(jié)果如圖7所示，其主晶相為莫來石和石英(SiO2),另有少量硅酸鐵(FeSi03)。為了獲得較高強度，陶瓷基體已基本實現(xiàn)致密化燒結(jié)，表面呈凹凸不平的結(jié)構(gòu)，有利于羥基鐵包覆在其表面，如圖8所示為燒結(jié)后陶瓷濾料基體的顯微結(jié)構(gòu)(X3000)，內(nèi)部可見平均晶粒尺寸在ΙΟμπι以下，孔徑多在 2 5 μ m之間。步驟2，制備羥基氧化鐵活性物質(zhì)以三氯化鐵和氫氧化鈉溶液化學(xué)沉積得到的氫氧化鐵，該氫氧化鐵在60(T90(TC煅燒活化，得到羥基氧化鐵粉末，然后向該羥基氧化鐵粉末中以噴霧的形式加入鎂質(zhì)燒結(jié)助劑液體，攪和均勻，得到羥基氧化鐵活性物質(zhì)；
步驟3，包覆采用團球機使步驟2制備的羥基氧化鐵活性物質(zhì)對步驟1制備的濾料基體進行包覆，包覆層厚度控制在0. 5^1. 0mm，然后在40(T8(KrC進行活化，經(jīng)檢測合格的產(chǎn)品即可包裝出廠。所得的羥基鐵包覆濾料表面的XRD分析結(jié)果如圖9所示，主要晶相為氧化鐵、二氧化硅和羥基氧化鐵。包覆層表面與陶瓷濾料基體間的結(jié)合情況如圖10所示，基體與包覆層結(jié)合緊密，無明顯界面。羥基鐵包覆過濾材料的性能檢測
本發(fā)明制備的羥基鐵包覆過濾材料產(chǎn)品經(jīng)工業(yè)陶瓷國家測試中心江西省工業(yè)陶瓷質(zhì)量監(jiān)督檢驗站檢驗，結(jié)果如下
堆積密度1. 78 g/cm3體積密度1. 62 g/cm3破碎率0. 75 %莫氏硬度6級堆積孔隙率28. 60 %吸水率2. 16 %導(dǎo)熱系數(shù)4. 41 ff/m. K比熱735 J/kg.K砷最大吸附量9. 48 mg/g氟最大吸附量8· 0 mg/g油最大吸附量3. 0 mg/g。本發(fā)明的產(chǎn)品在廣東省東莞常平第二水廠的試用結(jié)果表明，使用本發(fā)明產(chǎn)品后， 水中砷化物含量由原來的0. 2mg/L降低至0. 03mg/L ；氟化物含量由1. 3mg/L降低為0. 8mg/ L，經(jīng)多次檢驗，各項性能指標(biāo)均達(dá)到國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明的產(chǎn)品用于含油廢水、電鍍廢水、綜合廢水的處理工藝中，經(jīng)多次檢測，表明該產(chǎn)品可高效吸附分離水體中的污染物，尤其對砷、氟、油等污染物具有高效吸附截留功效，完全滿足對廢水處理的設(shè)計要求和排放標(biāo)準(zhǔn)。因本發(fā)明產(chǎn)品的吸附能力強、物理強度高、化學(xué)穩(wěn)定性好，不僅對水體中溶解態(tài)污染物具有很好的吸附截留效果，而且其物理過濾效果也優(yōu)于傳統(tǒng)的陶瓷濾料，具有巨大的市場前景。實施例2
除鎂質(zhì)燒結(jié)助劑組成外，制備羥基氧化鐵包覆過濾材料所用原料及重量百分比組成與實施例1相同。本實施例所用鎂質(zhì)燒結(jié)助劑由滑石構(gòu)成。采用與實施例1相同的方法，制備得到羥基鐵包覆過濾材料2，其主要性能指標(biāo)如表1所示。實施例3
除鎂質(zhì)燒結(jié)助劑組成外，制備羥基氧化鐵包覆過濾材料所用原料及重量百分比組成與實施例1相同。本實施例所用鎂質(zhì)燒結(jié)助劑由80%滑石和20%斜綠泥構(gòu)成。采用與實施例1相同的方法，制備得到羥基鐵包覆過濾材料3，其主要性能指標(biāo)如表1所示。表3羥基鐵包覆濾料2和3主要性能指標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種羥基鐵包覆過濾材料，其特征在于，該過濾材料具有核一殼結(jié)構(gòu)，該核是指陶瓷濾料基體(10)，該陶瓷濾料基體(10)是采用陶瓷濾料經(jīng)造粒、燒結(jié)形成的，該陶瓷濾料是指高嶺土、石英和白云母的任意一種以上；該殼是指在所述核的表面包覆的羥基氧化鐵活性物質(zhì)包覆層(20)，所述包覆層(20)厚度為0. 5^1. 0mm。
2.如權(quán)利要求1所述的羥基鐵包覆過濾材料，其特征在于，所述的陶瓷濾料包含以下按重量百分?jǐn)?shù)計的物質(zhì)SiO268 70%;Al2O318 24%;CaOΓ2%;K20/Na20 3 3.8%;CaMg (CO3) 25%。
3.如權(quán)利要求1所述的羥基鐵包覆過濾材料，其特征在于，所述的羥基氧化鐵活性物質(zhì)包含F(xiàn)eO (OH)，該FeO (OH)是氫氧化鐵沉淀經(jīng)煅燒活化處理得到。
4.如權(quán)利要求3所述的羥基鐵包覆過濾材料，其特征在于，所述的羥基氧化鐵活性物質(zhì)層還包含按重量百分?jǐn)?shù)計為If 20%的鎂質(zhì)燒結(jié)助劑，該鎂質(zhì)燒結(jié)助劑包含白云石、滑石和斜綠泥石的任意一種以上。
5.如權(quán)利要求4所述的羥基鐵包覆過濾材料，其特征在于，所述的鎂質(zhì)燒結(jié)助劑由按重量百分?jǐn)?shù)計30-50%白云石、30-50%滑石和10-30%斜綠泥石構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求5所述的羥基鐵包覆過濾材料，其特征在于，所述的鎂質(zhì)燒結(jié)助劑由按重量百分?jǐn)?shù)計40%白云石、40%滑石和20%斜綠泥石構(gòu)成。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項所述的羥基鐵包覆過濾材料的制備方法，其特征在于，該方法包含以下具體步驟步驟1，制備濾料基體稱取陶瓷濾料，添加按重量百分?jǐn)?shù)計為1(Γ14%水后進行混練，悶料均化后用團球機成形為直徑廣3mm的生坯球，干燥后在梭式窯中于125(T128(TC 燒結(jié)，保溫2、小時后自然冷卻；步驟2，制備羥基氧化鐵活性物質(zhì)以三氯化鐵和氫氧化鈉溶液化學(xué)沉積得到的氫氧化鐵，該氫氧化鐵在60(T90(TC煅燒粘結(jié)，得到活化的羥基氧化鐵，即羥基氧化鐵活性物質(zhì)；步驟3，包覆采用團球機使步驟2制備的羥基氧化鐵活性物質(zhì)對步驟1制備的濾料基體進行包覆，包覆層厚度控制在0. 5 1. 0mm，然后在40(T80(TC進行活化廣1. 3小時，經(jīng)檢測合格的產(chǎn)品即可包裝出廠。
8.如權(quán)利要求7所述的羥基鐵包覆過濾材料的制備方法，其特征在于，在步驟2中，還包含將活化的羥基氧化鐵與鎂質(zhì)燒結(jié)助劑混合的步驟。
9.如權(quán)利要求8所述的羥基鐵包覆過濾材料的制備方法，其特征在于，所述的鎂質(zhì)燒結(jié)助劑加水兌成液體，以噴霧的形式加入到活化的羥基氧化鐵中。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項所述的羥基鐵包覆過濾材料在水處理中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種羥基鐵包覆過濾材料、其制備方法及應(yīng)用，該過濾材料具有核—殼結(jié)構(gòu)，該核是指陶瓷濾料基體，該陶瓷濾料基體是采用陶瓷濾料經(jīng)造粒、燒結(jié)形成的，該陶瓷濾料是指高嶺土、石英和白云母的任意一種以上；該殼是指在所述核的表面包覆的羥基氧化鐵活性物質(zhì)包覆層。本發(fā)明提供的羥基鐵包覆過濾材料吸附能力強、物理強度高、化學(xué)穩(wěn)定性好，不僅對水體中溶解態(tài)污染物具有很好的吸附截留效果，而且其物理過濾效果也優(yōu)于傳統(tǒng)的陶瓷濾料，能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益，具有非常好的應(yīng)用前景。
文檔編號C02F1/28GK102500162SQ20111036142
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者廖正輝 申請人:廖正輝