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相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)涉及以下共同擁有和轉(zhuǎn)讓的申請(qǐng)，但并不要求享受它們的優(yōu)先權(quán)：
2013年6月26日提交的題為《用于使用零價(jià)納米顆粒對(duì)含有污染物的液體進(jìn)行處理的方法和裝置》(Methods and apparatus for treatment of liquids containing contaminants using zero valent nanoparticles)的USSN 13/927857，其提到了一種提供無(wú)機(jī)基材的方法和裝置，所述無(wú)機(jī)基材具有至少一個(gè)具有多個(gè)孔的表面；沉積在所述至少一個(gè)表面上和這些孔的至少一些內(nèi)的零價(jià)納米顆粒；和保護(hù)所述零價(jià)納米顆粒并抑制所述零價(jià)納米顆粒的氧化的穩(wěn)定劑。
2014年4月14日提交的題為《用于制造碳負(fù)載的基于過(guò)渡金屬的納米顆粒的共擠出方法》(CO-EXTRUSION METHOD FOR MAKING CARBON-SUPPORTED TRANSITION METAL-BASED NANOPARTICLES)的USSN 14/252174，其提到了一種用于制造碳負(fù)載的基于過(guò)渡金屬的納米顆粒的方法，該方法包括：對(duì)至少一種碳原料、至少一種含有過(guò)渡金屬的原料、至少一種有機(jī)粘合劑以及至少一種樹(shù)脂粘合劑進(jìn)行混合，以形成原料混合物；擠出所述原料混合物；在一個(gè)溫度下對(duì)擠出的原料混合物加熱一段足以碳熱還原所述至少一種含有過(guò)渡金屬的原料的時(shí)間。該申請(qǐng)還提到了已應(yīng)用于從飲用水(即自來(lái)水)中除去重金屬的造水過(guò)濾器中的技術(shù)。已對(duì)混合的金屬離子溶液進(jìn)行了廣泛測(cè)試以評(píng)估用于重金屬治理的過(guò)濾器樣品的可行性。測(cè)試結(jié)果顯示過(guò)濾器樣品對(duì)于從水中除去重金屬非常有效。然而，由于Fe(III)物質(zhì)(腐蝕產(chǎn)物)在水中的累積，經(jīng)過(guò)處理的水中鐵的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了EPA規(guī)定的飲用水中的鐵的最大濃度水平。Fe(III)物質(zhì)的累積還產(chǎn)生了包括口感不佳和變色在內(nèi)的美感問(wèn)題。
2014年7月22日提交(同時(shí)提交)的題為《用于環(huán)境治理的活性炭負(fù)載的鐵納米復(fù)合材料》(ACTIVATED CARBON-SUPPORTED IRON NANOCOMPOSITE FOR ENVIRONMENTAL REMEDIATION)USSN14/337621，其為USSN 14/252174(SP14-091Z)的部分延續(xù)，提到了一種用于制造碳負(fù)載的鐵或氧化鐵納米顆粒并將其成形成不同形狀的方法。
背景
本文涉及一種過(guò)濾器制品和使用該制品進(jìn)行水的重金屬治理的方法。
概述
在一些實(shí)施方式中，本文提供了一種過(guò)濾器制品和用于水的重金屬治理的方法。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明
在本發(fā)明的實(shí)施方式中：
圖1顯示了一種用于從被污染的水流中除去有毒金屬的具有兩個(gè)階段的吸附床的過(guò)濾器制品的示意圖。
發(fā)明詳述
下面參考附圖(如果有的話(huà))對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。參考各種實(shí)施方式不限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍僅受所附權(quán)利要求書(shū)的范圍限制。此外，在本說(shuō)明書(shū)中列出的任何實(shí)施例都不是限制性的，且僅列出要求保護(hù)的本發(fā)明的諸多可能的實(shí)施方式中的一些實(shí)施方式。
定義
“包括”、“包含”或類(lèi)似術(shù)語(yǔ)意為包括但不限于，即內(nèi)含而非排它。
用來(lái)描述本發(fā)明實(shí)施方式的修飾例如組合物中成分的量、濃度、體積、過(guò)程溫度、過(guò)程時(shí)間、產(chǎn)量、流速、壓力、粘度等數(shù)值及它們的范圍或者組件尺寸等數(shù)值及它們的范圍的“約”是指數(shù)量的變化，可發(fā)生在例如：制備材料、組合物、復(fù)合物、濃縮物、組件零件、制品制造或應(yīng)用制劑的典型測(cè)定和處理步驟中；這些步驟中的無(wú)意誤差；制造、來(lái)源或用來(lái)實(shí)施所述方法的原料或成分的純度方面的差異中；以及類(lèi)似的考慮因素中。術(shù)語(yǔ)“約”還包括由于組合物或制劑的老化而與特定的初始濃度或混合物不同的量，以及由于混合或加工組合物或制劑而與特定的初始濃度或混合物不同的量。
“可選的”或“可選地”表示隨后描述的事件或情形可能發(fā)生，也可能不發(fā)生，而且該描述包括事件或情形發(fā)生的實(shí)例和所述事件或情形不發(fā)生的實(shí)例。
除非另有說(shuō)明，否則，本文所用的不定冠詞“一個(gè)”或“一種”及其相應(yīng)的定冠詞“該/所述”表示至少一(個(gè)/種)，或者一(個(gè)/種)或多(個(gè)/種)。
可采用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的縮寫(xiě)(例如，表示小時(shí)的“h”或“hrs”、表示克的“g”或“gm”、表示毫升的“mL”、表示室溫的“rt”，表示納米的“nm”以及類(lèi)似縮寫(xiě))。
在組分、成分、添加劑、尺度、條件、時(shí)間和類(lèi)似方面公開(kāi)的具體和優(yōu)選的數(shù)值及其范圍僅用于說(shuō)明，它們不排除其他限定數(shù)值或限定范圍內(nèi)的其他數(shù)值。本發(fā)明的組合物、制品和方法可包括本文所描述的任何數(shù)值或數(shù)值、具體數(shù)值、更具體的數(shù)值和優(yōu)選數(shù)值的任何組合，包括顯義或隱義的中間值和中間范圍。
對(duì)于環(huán)境中的重金屬所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)的日益增加的了解驅(qū)使人們尋找用于對(duì)污染場(chǎng)所，特別是諸如溪流、河流、湖泊和地下水這樣的飲用水源進(jìn)行處理的可持續(xù)技術(shù)。這些重金屬污染物可包括例如：鎘、鉻、銅、鉛、汞、鎳、鋅和諸如砷和硒這樣的半金屬。人類(lèi)過(guò)量攝取這些金屬可導(dǎo)致累積中毒、癌癥、神經(jīng)系統(tǒng)損傷并且最終死亡。需要對(duì)從被污染的源頭供給的水進(jìn)行處理以除去基本上所有的重金屬或使溶解的重金屬減少至安全水平。
納米尺度的零價(jià)鐵(NZVI)作為用于從被污染的水中除去重金屬的有前途的選擇逐漸走入人們的視野。
零價(jià)鐵(NVI)納米顆粒的使用正成為一種用于對(duì)危險(xiǎn)且有毒的廢料進(jìn)行處理、以及用于被污染的水的治理的越來(lái)越流行的方法。因?yàn)閆VI納米顆粒具有來(lái)源于其不同氧化態(tài)的各種化學(xué)性質(zhì)，它們具有使土壤和水中的多種有毒污染物降解的能力，所述污染物例如全氯乙烯(PCE)、三氯乙烯(TCE)、四氯化碳(CT)、硝酸鹽、諸如TNT和RDX這樣的高能軍火、諸如林丹和DDT這樣的殘余有機(jī)氯化物殺蟲(chóng)劑、諸如鉻、鉛、汞、鎘這樣的重金屬、以及其它諸如硒和砷這樣的無(wú)機(jī)物。使用ZVI納米顆粒的方法還可提供與常規(guī)的泵送-處理或可滲透的反應(yīng)性屏障方法相比的成本節(jié)約。
盡管NZVI技術(shù)在過(guò)去十年中有令人印象深刻的發(fā)展以及其有限的商業(yè)化，還有若干障礙妨礙了其成為被廣泛應(yīng)用的治理手段。該技術(shù)正面對(duì)若干有關(guān)合成和應(yīng)用的技術(shù)挑戰(zhàn)。ZVI納米顆粒的合成的一個(gè)主要問(wèn)題是對(duì)環(huán)境不穩(wěn)定。在沒(méi)有任何保護(hù)的條件下，剛制得的鐵納米顆粒經(jīng)常在暴露于空氣或在環(huán)境有氧條件下經(jīng)歷與氧氣的快速放熱反應(yīng)后發(fā)生自燃。在水溶液中，ZVI納米顆粒會(huì)由于非目標(biāo)反應(yīng)而發(fā)生鐵的快速鈍化。并且在水溶液中，ZVI納米顆粒與任何其它納米材料一樣具有以下特點(diǎn)：發(fā)生團(tuán)聚并最終沉淀，從而難以高效且有效地發(fā)生特定反應(yīng)。在水處理和金屬回收應(yīng)用中，呈粉末、顆粒和纖維形式的NZVI被用于間歇式反應(yīng)器和柱形過(guò)濾器中。然而，反應(yīng)器或過(guò)濾器中的ZVI納米顆粒會(huì)因氧化鐵的形成而快速合并成團(tuán)塊。這種合并顯著地降低了鐵床的水力傳導(dǎo)性。為了防止NZVI的團(tuán)聚和快速失活，本領(lǐng)域中已開(kāi)發(fā)了若干種技術(shù)以將鐵納米顆粒固定在諸如二氧化硅、砂子、氧化鋁、活性炭、二氧化鈦、沸石粉末等顆粒載體上。這些技術(shù)的主要問(wèn)題在于如同自立式NZVI納米顆粒，它們需要在之后進(jìn)行過(guò)濾。包括膜濾、反滲透、反向電滲析和納米過(guò)濾在內(nèi)的過(guò)濾方法可能是昂貴且難以操作的。水處理過(guò)程所產(chǎn)生的廢料的處置也令人頭疼。膜總是阻塞和變臟。而且，顆粒載體僅僅有助于防止ZVI納米顆粒的團(tuán)聚，而不會(huì)提供任何保護(hù)以防止因氧化而發(fā)生快速失活。需要一種高效、具有成本效益、容易操作、保養(yǎng)要求低的從被污染的水中除去重金屬的方法。
在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種液體過(guò)濾器制品，其包含：
具有入口、出口和位于所述入口和出口之間的吸附床的殼體，所述床包含：
具有第一吸附劑的第一階段，所述第一吸附劑包含灌注有多個(gè)零價(jià)鐵納米顆粒的活性炭蜂窩體(“Fe-AC”)；和
具有第二吸附劑的第二階段，所述第二吸附劑選自負(fù)載于活性炭蜂窩體上的氧化鐵顆粒(“FEOX-AC”)、負(fù)載于活性氧化鋁蜂窩體上的氧化鐵顆粒(“FeOX-AA”)、或它們的組合，且所述第一階段與所述第二階段流體連通。
在一些實(shí)施方式中，第二階段中的氧化鐵顆?？梢允抢绱盆F礦。
在一些實(shí)施方式中，基于第一階段中基于活性炭的蜂窩體的總重量，所述大量零價(jià)鐵納米顆粒為15～40重量％。
在一些實(shí)施方式中，基于活性炭蜂窩體的總重量，第二吸附劑中負(fù)載于活性炭蜂窩體上的氧化鐵顆?？梢詾槔?0～40重量％。該液體過(guò)濾器制品還可具有例如300～4000米2/克的高表面積。
在一些實(shí)施方式中，基于活性氧化鋁蜂窩體的總重量，第二吸附劑中負(fù)載于活性氧化鋁蜂窩體上的氧化鐵顆?？梢詾槔?0～40重量％。
在一些實(shí)施方式中，第一階段和第二階段之間的流體連通是第一和第二階段之間的直接物理接觸。
在一些實(shí)施方式中，第一階段和第二階段之間的流體連通是非直接的，且在第一和第二階段之間具有圍出的空間間隙(140)。
在一些實(shí)施方式中，流動(dòng)控制材料可選自例如纖維(例如玻璃絨)、篩網(wǎng)(例如紡織或無(wú)紡材料)、顆粒(例如砂子、小珠等)、蜂窩結(jié)構(gòu)、諸如環(huán)、球、整體件、“Sultzer”型填料這樣的靜態(tài)混合填料等材料、或它們的組合。流動(dòng)控制材料可被設(shè)置在制品中，例如：在第一階段和第二階段之前(105)、之后(107)、或之間(109)設(shè)置。流動(dòng)控制材料促進(jìn)了液流被重新分配入制品、以及/或者通過(guò)該制品、以及/或者離開(kāi)該制品。
在一些實(shí)施方式中，本文提供了一種用于使用上述過(guò)濾器制品從水中除去重金屬的方法，所述方法包括：
使過(guò)濾器的第一階段與存在或懷疑存在至少一種重金屬污染物的流入的水接觸；
使該過(guò)濾器的第一階段的流出物與該過(guò)濾器的第二階段接觸。
在一些實(shí)施方式中，使過(guò)濾器的第一階段與具有至少一種重金屬污染物的流入的水接觸從該水中除去至少一種重金屬污染物。
在一些實(shí)施方式中，使過(guò)濾器的第一階段的流出物與該過(guò)濾器的第二階段接觸從第一階段的流出物中除去被交換出的鐵。
在一些實(shí)施方式中，至少一種重金屬污染物選自例如鎘、鉻、銅、鉛、汞、鎳、鋅、半金屬等材料、或它們的組合。
在一些實(shí)施方式中，使過(guò)濾器的第一階段與流入的水接觸、以及使該過(guò)濾器的第一階段的流出物與該過(guò)濾器的第二階段接觸包括在過(guò)濾器與流入的水與流出物之間提供相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
在一些實(shí)施方式中，使過(guò)濾器的第一階段與流入的水接觸可包括在過(guò)濾器制品與被過(guò)濾的液體之間通過(guò)例如以下情況中的任意至少一種來(lái)提供相對(duì)運(yùn)動(dòng)：
主動(dòng)泵送流入的水(即，對(duì)水施加正壓力源)以使其通過(guò)第一階段；
主動(dòng)抽真空流入的水(即，向過(guò)濾器制品施加負(fù)壓力源)以使其通過(guò)第一階段；
使流入的水被動(dòng)地通過(guò)(即，利用過(guò)濾器制品上方的水所受到的重力的作用)第一階段；
移動(dòng)過(guò)濾器制品以使其通過(guò)流入的水的柱；
滲透或反滲透處理；
或上述各項(xiàng)的組合。
在一些實(shí)施方式中，本文提供了用于從被污染的飲用水流中除去重金屬且不會(huì)將大量鐵釋放入水流中的改進(jìn)的方法、組合物和制品。在一些實(shí)施方式中，本文提供了用于從被污染的飲用水中除去重金屬且不會(huì)將大量鐵釋放入飲用水中的具有兩階段吸附床的過(guò)濾器制品。吸附床在每一個(gè)吸附階段包含一種經(jīng)過(guò)選擇的吸附劑材料，以提供對(duì)該階段的水中所存在的污染物的有效的吸附特性。
在一些實(shí)施方式中，在第一吸附階段中，使加載有重金屬的飲用水通過(guò)灌注有零價(jià)鐵納米顆粒的活性炭(AC)蜂窩體(Fe-AC)的床。Fe-AC吸附劑吸附存在于水中的重金屬并將Fe(III)釋放入水中。使富含鐵的水通入含有為了鐵的有效吸附而選用的吸附劑材料的第二吸附階段。該第二吸附劑用于除去鐵以及剩余的重金屬，提供有毒金屬和鐵的濃度低于它們各自的最大污染物水平(MCL)的凈化了的飲用水產(chǎn)品。第二階段中的吸附劑材料可以是例如灌注有氧化鐵(優(yōu)選為磁鐵礦)的活性炭蜂窩體或活性氧化鋁蜂窩體。
在一些實(shí)施方式中，本文提供了使用鐵基吸附劑從飲用水流中除去重金屬且不會(huì)將大量鐵釋放入水流中的改進(jìn)的方法、組合物和制品。
參照附圖，圖1顯示了一種示例性的過(guò)濾器(100)的示意圖，該過(guò)濾器包含殼體(101)，所述殼體(101)具有用于從被金屬污染的水源(130)或水流中除去有毒金屬的具有兩階段(110、120)吸附床。具體而言，將被金屬污染的水引入含有吸附劑材料A的階段一(110)中。吸附劑材料A可以是例如負(fù)載于活性炭蜂窩體上的ZVI納米顆粒(Fe-AC)。在階段一和吸附劑材料A中，有毒金屬被Fe-AC吸附，隨后或因此而溶解，且顆粒鐵被引入中間水流中，例如空間間隙(140)中。富含鐵的水離開(kāi)階段一(110)進(jìn)入階段二(120)，鐵在階段二中被材料B吸附。吸附劑材料B可以是例如負(fù)載于例如活性炭或γ-氧化鋁蜂窩體上的氧化鐵(Fe3O4)顆粒。然后，水作為重金屬和Fe水平被顯著降低的經(jīng)過(guò)處理的水的流出物(150)離開(kāi)階段二。
在一些實(shí)施方式中，過(guò)濾器制品可在第一階段(110)和第二階段(120)的每一個(gè)的之前(105)、以及/或者之后(107)、以及/或者之間(109)具有可選的腔室。在一些實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)可選的腔室可以是例如空的、或者可被利用例如靜態(tài)混合填料的能夠在制品中對(duì)液流進(jìn)行重新分配并使其通過(guò)制品的流動(dòng)控制材料所占據(jù)。
可按照上述共同擁有和轉(zhuǎn)讓的申請(qǐng)USSN 13/927857和USSN 14/252174從由摻混物制得的基本上均勻的混合物來(lái)制備碳基蜂窩體吸附劑，根據(jù)常規(guī)方法，四種主要的材料是：有機(jī)填料；鐵化合物；選自纖維素醚的粘合劑；和樹(shù)脂粘合劑。活性炭負(fù)載的NZVI或氧化鐵蜂窩體通過(guò)一步法制備，其包括使擠出的主體熱解以使碳前體碳化和活化，并且將鐵化合物轉(zhuǎn)化為元素鐵(Fe0)或氧化鐵，這取決于所施加的熱處理。氧化鋁負(fù)載的氧化鐵顆粒(FeOX-AA)可利用至少兩種方法來(lái)制備。在一種方法中，用于氧化鋁蜂窩體的擠出批料組合物，例如US 6677261中所述的，可通過(guò)添加諸如Fe(II)鹽(例如草酸Fe(II))和Fe(III)鹽(例如Fe(NO3)3和氧化鐵)這樣的鐵前體材料，然后按照US 6677261所述的方法來(lái)擠出和燒制擠出物來(lái)改性。在第二種方法中，氧化鐵顆?？赏ㄟ^(guò)諸如修補(bǔ)基面涂覆(wash coating)這樣的常規(guī)浸漬法來(lái)被沉積在擠出氧化鋁蜂窩體的孔中和壁上。
為了對(duì)所述兩階段吸附床在除去重金屬和溶解的微粒鐵方面的有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)和定量，在一個(gè)吸附柱中分別裝填吸附劑A和B，然后使自來(lái)水或混合金屬鐵溶液以100毫升/分鐘的流速通過(guò)該柱。為了進(jìn)行比較，在相同的測(cè)試條件下對(duì)只含有吸附劑A的柱進(jìn)行測(cè)試。
實(shí)施例
以下實(shí)施例展示了所述過(guò)濾器的制造、使用和分析、以及按照上述一般程序進(jìn)行的方法。
實(shí)施例1
鐵浸提：將5.0g活性炭負(fù)載的ZVI納米顆粒(Fe-AC)裝填在固定床吸附柱內(nèi)。固定床吸附柱是一種吸附劑材料被固定住且不相對(duì)于流體移動(dòng)的柱子。使用蠕動(dòng)泵以100毫升/分鐘的流速泵送自來(lái)水以使其通過(guò)柱子。每隔10分鐘對(duì)流出的水進(jìn)行取樣(8毫升)。利用ICP-MS(電感耦合等離子體質(zhì)譜)對(duì)流入和流出的水中的鐵濃度進(jìn)行測(cè)量并進(jìn)行比較。表1顯示了無(wú)除鐵介質(zhì)的吸附柱的流出的水中鐵的濃度?？梢钥闯龃罅康蔫F被浸提至水中，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了EPA規(guī)定的飲用水中Fe的最大污染物水平(MCL，即300ppb)。鐵在流出的水中的過(guò)量存在導(dǎo)致了水變色為黃橙色。
參考表格，表1提供了作為對(duì)照例的無(wú)除鐵介質(zhì)的吸附柱(如上文所定義)的流出的水的鐵濃度。
表1.無(wú)除鐵介質(zhì)的吸附柱的流出的水中的鐵濃度。
實(shí)施例2
利用活性炭負(fù)載的氧化鐵顆粒(FeOX-AC)進(jìn)行的鐵浸提和再吸附：在一個(gè)固定床吸附柱中分別裝填5.0克的活性炭負(fù)載ZVI納米顆粒(Fe-AC)作為第一階段和5.0克的活性炭負(fù)載的Fe3O4(FeOX-AC)作為第二階段，并且在與實(shí)施例1相同的條件下對(duì)該固定床吸附柱進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果示于表2中，表2提供了經(jīng)過(guò)含有活性炭-Fe3O4(FEOX-AC)作為除鐵吸附劑的兩階段吸附床后的流出的水中的鐵濃度。從表2的結(jié)果可以得出以下結(jié)論：第二階段的FeOX-AC吸附劑能夠有效地除去從第一階段(階段一)中浸提出的鐵，流出的水中的鐵濃度顯著地降低至低于EPA規(guī)定的飲用水中Fe的MCL(300ppb)。該吸附劑在除鐵方面的有效性還通過(guò)流出的水的澄清度得到了進(jìn)行確認(rèn)，該流出的水是無(wú)色的，與自來(lái)水的澄清度形成了鮮明的對(duì)比。
表2.來(lái)自含有活性炭-Fe3O4(FEOX-AC)作為除鐵吸附劑的兩階段吸附床的流出的水中鐵的濃度。
實(shí)施例3
利用活性氧化鋁負(fù)載的氧化鐵(FEOX-AA)進(jìn)行的鐵浸提和再吸附：除了用負(fù)載于活性氧化鋁上的氧化鐵顆粒(FEOX-AA吸附劑)替換第二階段的FeOX-AC吸附劑以外，按照與實(shí)施例2相同的方式進(jìn)行鐵浸提和再吸附測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果列于表3中。表3提供了經(jīng)過(guò)含有γ-氧化鋁-Fe3O4作為除鐵吸附劑的第二階段吸附床的流出的水中鐵的濃度。其結(jié)果支持了下述結(jié)論，即第二階段(FEOX-AA)吸附劑在除去從第一階段中浸提出(即交換出)的鐵方面與作為第二階段的負(fù)載于活性炭蜂窩體上的氧化鐵顆粒(FeOX-AC)同樣有效。最終流出的水中鐵的濃度顯著降低至低于EPA規(guī)定的飲用水中鐵的MCL(300ppb)。流出的水的顏色與實(shí)施例2中的大致相同，即呈無(wú)色。
表3.來(lái)自含有γ-氧化鋁-Fe3O4作為除鐵吸附劑的兩階段吸附床的流出的水中鐵的濃度。
實(shí)施例4
兩階段吸附床的重金屬吸附性能：使用混合金屬離子溶液作為被污染的水源在柱吸附測(cè)試中對(duì)兩階段吸附床的金屬除去性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。由摻雜有測(cè)量量的所選重金屬鹽(對(duì)照例)的自來(lái)水來(lái)制備測(cè)試溶液。利用蠕動(dòng)泵使測(cè)試溶液以100毫升/分鐘的流速通過(guò)吸附柱。吸附時(shí)間為15分鐘。用ICP-MS測(cè)量流出的水中殘余的每一種重金屬的濃度。吸附測(cè)試的結(jié)果列于表4中。表4提供了經(jīng)過(guò)在第一階段中含有負(fù)載于活性炭蜂窩體上的Fe納米顆粒(Fe-AC)和在第二階段中負(fù)載于活性炭蜂窩體上的Fe3O4納米顆粒(FeOX-AC)的流出的水中有毒金屬的濃度。吸附測(cè)試的結(jié)果支持了兩階段吸附床能夠有效地除去重金屬和鐵這一結(jié)論。
表4.經(jīng)過(guò)含有位于活性炭蜂窩體上的Fe納米顆粒(Fe-AC)和位于活性炭蜂窩體上的Fe3O4納米顆粒(FeOX-AC)的兩階段吸附床的流出的水中有毒金屬的濃度。
實(shí)施例5
具有包含灌注有大量零價(jià)鐵納米顆粒的活性炭蜂窩體(“Fe-AC”)的第一吸附劑的過(guò)濾器制品的第一階段的制備：通過(guò)對(duì)表5中所列的組分進(jìn)行混合來(lái)制備原料混合物。將該原料混合物擠出成蜂窩體形狀，并且在90℃下干燥5小時(shí)。隨后在750℃下在氮?dú)鈿夥罩袑?duì)擠出物進(jìn)行5小時(shí)的熱處理。然后使樣品在氮?dú)鈿夥罩欣鋮s至室溫，防止發(fā)生氧化。進(jìn)行X射線衍射分析(XRD)以確定樣品中存在的晶相。結(jié)果顯示最終產(chǎn)物中的主相是元素鐵(即Fe0)，還存在少量的FeO和FeC。基于XRD數(shù)據(jù)的尺寸計(jì)算結(jié)果指出零價(jià)鐵納米顆粒的粒徑約為160nm。
表5：Fe-AC吸附劑的原料組成。
實(shí)施例6
具有實(shí)施例5中所制備的第一階段和具有負(fù)載于活性炭上的氧化鐵顆粒(“FEOX-AC”)的第二吸附劑的第二階段的過(guò)濾器制品的制備：通過(guò)對(duì)表6中所列的組分進(jìn)行混合來(lái)制備原料混合物。將該原料混合物擠出成蜂窩體形狀，并且在90℃下干燥5小時(shí)。隨后在600℃下在氮?dú)鈿夥罩袑?duì)擠出物進(jìn)行5小時(shí)的熱處理。然后使樣品在氮?dú)鈿夥罩欣鋮s至室溫，防止發(fā)生氧化。進(jìn)行X射線衍射(XRD)分析以確定樣品中存在的晶相和碳基質(zhì)中鐵顆粒的分布。結(jié)果顯示最終產(chǎn)品中的主相是石墨和Fe3O4，未明顯存在Fe0。
表6.FEOX-AC的原料組成。
實(shí)施例7
具有實(shí)施例5中所制備的第一階段和具有負(fù)載于活性氧化鋁上的氧化鐵顆粒(“FEOX-AA”)的第二吸附劑的第二階段的過(guò)濾器制品的制備：通過(guò)對(duì)以下表7中所列的組分進(jìn)行混合來(lái)制備原料混合物。將該原料混合物擠出成蜂窩體形狀，并且在90℃下干燥5小時(shí)。隨后在600℃下在空氣中對(duì)擠出物進(jìn)行4小時(shí)的熱處理。然后將樣品冷卻至室溫。進(jìn)行X射線衍射(XRD)分析以確定樣品中存在的晶相。結(jié)果顯示最終產(chǎn)品中的主相是γ-氧化鋁和Fe3O4。
表7.FEOX-AA的原料組成。
實(shí)施例8(預(yù)計(jì))
具有實(shí)施例5中所制備的第一階段和具有由負(fù)載于活性炭上的氧化鐵顆粒(“FEOX-AC”)和負(fù)載于活性氧化鋁上的氧化鐵顆粒(“FeOX-AA”)的組合組成的第二吸附劑的第二階段的過(guò)濾器制品的制備：通過(guò)對(duì)表7中所列的組分和表8中所列的組分進(jìn)行混合來(lái)制備原料混合物。將該原料混合物擠出成蜂窩體形狀，并且在90℃下干燥5小時(shí)。隨后在600℃下在空氣中對(duì)擠出物進(jìn)行4小時(shí)的熱處理。然后將樣品冷卻至室溫。預(yù)計(jì)用X射線衍射(XRD)分析能夠確定樣品中的晶相類(lèi)似于一種負(fù)載于活性炭上的氧化鐵顆粒(“FEOX-AC”)和負(fù)載于活性氧化鋁上的氧化鐵顆粒(“FeOX-AA”)的混合物。
已經(jīng)參考各種具體實(shí)施方式和技術(shù)描述了本發(fā)明。但是，應(yīng)當(dāng)理解，可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)做出許多變化和改進(jìn)。