專利名稱：一種凈化水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種凈化水的方法，特別涉及一種去除水中氟離子和砷離子的方法。
背景技術(shù)：
水中有害離子的消除是關(guān)系人民生活的一個(gè)重要方面。在我國相當(dāng)多的地區(qū)，地 下水中含有過量的砷離子和氟離子，嚴(yán)重影響人們的生活和健康。世界衛(wèi)生組織(WHO)規(guī) 定的飲用水中砷的額定濃度為10 μ g/L，氟離子的濃度限值為1. 5g/L。目前，砷離子和氟離 子的去除方法主要有絮凝沉淀、離子交換、活性氧化鋁吸附和膜處理等。對于目前常用的活性氧化鋁，往往存在比表面低，孔道少，對于砷離子和氟離子的 吸附容量低等不足，使其處理能力有限。有序介孔氧化鋁是一種比表面積大、孔徑在2-50nm 之間、孔徑分布窄、孔道大小、形狀具有一定的有序性的氧化鋁。嚴(yán)純?nèi)A等已公開發(fā)表的 文獻(xiàn)《Facile Synthesis for Ordered Mesoporous γ -Aluminas with High Thermal Stability》提供了一種大比表面的有序介孔氧化鋁的制備方法，但目前有序介孔氧化鋁主 要應(yīng)用于異相催化中催化劑的載體、干燥劑和工業(yè)脫酸劑等的試驗(yàn)中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種凈化水的方法。本發(fā)明提供的凈化水的方法，是用有序介孔氧化鋁吸附水中重金屬離子和/或氟罔子。上述方法中，所述有序介孔氧化鋁的比表面積為200-400m2/g，如237m2/g、250m7 g、365m2/g、380m2/g 或 400m2/g ；孔容為 0. 5-1. 0cm3/g，如 0. 51cm3/g、0· 60cm3/g、0· 88cm3/g、 0. 92cm3/g 或 0. 96cm3/g ；孔徑為 1-lOnm，如 3. 4nm、4. 0nm、5. 0nm、6. Inm 或 7. 5nm。上述方法中，所述重金屬離子可為砷離子。上述方法中，所述處理方法具體可為將所述有序介孔氧化鋁分散于待凈化的水中 并混合均勻后將所述有序介孔氧化鋁分離出去，得到凈化水；該方法中，所述有序介孔氧化 鋁的質(zhì)量為所述水中砷離子質(zhì)量的40-100倍，如50倍或100倍；所述有序介孔氧化鋁的質(zhì) 量為所述水中氟離子質(zhì)量的50-80倍，如67倍。上述方法中，所述處理方法具體可為將所述有序介孔氧化鋁裝填到處理柱中得 填充柱；然后使待凈化的水自下而上通過該填充柱，得到凈化水；所述填充柱的內(nèi)徑為 30-60mm,如30mm或60mm，長度為20_30cm，如20cm或30cm ；所述水通過所述填充柱的流速 為lOmL/min-lOOmL/min，如30mL/min或100mL/min ；所述有序介孔氧化鋁的質(zhì)量為所述水 中砷離子質(zhì)量的50-200倍，如100倍；所述有序介孔氧化鋁的質(zhì)量為所述水中氟離子質(zhì)量 的50-100倍，如80倍。待凈化的水和經(jīng)上述方法凈化后的水通過離子色譜和電感耦合等離子體-原子 發(fā)射光譜(ICP-AES)方法分別測定水中氟離子和砷離子的濃度。當(dāng)待凈化的水中砷離子和 氟離子濃度分別是100 μ g/L和5mg/L時(shí)，各自超出國家標(biāo)準(zhǔn)10倍和5倍，經(jīng)過該方法凈化后，水中砷離子和氟離子的含量均符合國家標(biāo)準(zhǔn)，其中，砷離子的含量小于10yg/L，氟離子 的含量小于lmg/L。本發(fā)明利用有序介孔氧化鋁的孔道結(jié)構(gòu)和大比表面性質(zhì)，吸附水中氟離子和砷離 子效果顯著，吸附容量高，抗其它陰離子干擾的能力強(qiáng)，凈化能力顯著強(qiáng)于目前所使用的活 性氧化鋁，且方法簡單、安全、成本低、對環(huán)境污染小。
具體實(shí)施例方式下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。下述實(shí)施例中，采用離子色譜法檢測水中氟離子的濃度，采用戴安ICS-900離子 色譜儀，所用陰離子色譜分析柱型號為IoPac Asl9，檢測器為自動再生陰離子微膜抑制電 導(dǎo)檢測器，測試條件為溫度為30°C，淋洗液為1. 8mM Na2CO3和1. 7mM NaHCO3,載氣為氮?dú)猓?流速1. OmL/min，進(jìn)樣體積100 μ L，標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度 Omg/L、lmg/L、2mg/L、5mg/L 和 10mg/L。采用電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜(ICP-AES)檢測水中砷離子的濃度，采用 日本島津ICPE-9000等離子體發(fā)射光譜儀，測試條件為高頻輸出功率1. 20KW，冷卻氣流量 0. 6L/min,等離子氣流量lOL/min，載氣流量0. 7L/min,曝光時(shí)間30秒；砷標(biāo)準(zhǔn)溶液系列的 濃度分別為 Ομ g/L、5y g/L、10y g/L、25y g/L、50y g/L 和 ΙΟΟμ g/L。實(shí)施例1、有序介孔氧化鋁的制備稱取20g聚乙烯醇-聚丙烯醇-聚乙烯醇三嵌段共聚物(P123，其數(shù)均分子量為 5800g/mol,各個(gè)單體的摩爾百分含量分別為20%、70%和20%，購自Sigma-Aldrich公司) 溶解在500mL無水乙醇中，攪拌Ih后，加入32mL 67%的濃硝酸和45g 98%的異丙醇鋁溶 液，繼續(xù)攪拌5h。將混合溶液放在60°C的烘箱中干燥兩天得到有序介孔氧化鋁的前驅(qū)體， 將其在流動空氣氣氛下400°C加熱處理4h得到有序介孔氧化鋁50g。其比表面積為400m2/ g，孔容為0. 96cm7g，孔徑為4nm。實(shí)施例2、有序介孔氧化鋁的制備實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)施例1基本相同，區(qū)別在于有序介孔氧化鋁的前驅(qū)體在流動空 氣氣氛下加熱的溫度為600°C，得到的有序介孔氧化鋁的比表面積為380m2/g，孔容為 0. 92cm3/g，孔徑為 3. 4nm。實(shí)施例3、有序介孔氧化鋁的制備實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)施例1基本相同，區(qū)別在于有序介孔氧化鋁的前驅(qū)體在流動空 氣氣氛下加熱的溫度為700°C，得到的有序介孔氧化鋁的比表面積為365m2/g，孔容為 0. 88cm3/g，孔徑為 5nm。實(shí)施例4、有序介孔氧化鋁的制備實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)施例1基本相同，區(qū)別在于有序介孔氧化鋁的前驅(qū)體在流動空氣 氣氛下加熱的溫度為800°C，得到的有序介孔氧化鋁的比表面積為250m2/g，孔容為0. 6cm3/ g,孔徑為6. lnm。實(shí)施例5、有序介孔氧化鋁的制備實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)施例1基本相同，區(qū)別在于有序介孔氧化鋁的前驅(qū)體在流動空 氣氣氛下加熱的溫度為900°C，得到的有序介孔氧化鋁的比表面積為237m2/g，孔容為0. 51cm3/g，孔徑為 7. 5nm。實(shí)施例6、有序介孔氧化鋁吸附水中氟離子稱取實(shí)施例1制備的有序介孔氧化鋁10g，加入到30L的自來水水樣中進(jìn)行分散， 將該自來水水樣中氟離子的濃度調(diào)控為5mg/L，共含有氟離子0. 15g，加入的有序介孔氧化 鋁的質(zhì)量是水中氟離子質(zhì)量的67倍；攪拌使其混合均勻，然后進(jìn)行過濾分離得到凈化的 水，通過離子色譜法測定氟離子的濃度為0. 8mg/L。實(shí)施例7、有序介孔氧化鋁吸附水中氟離子稱取實(shí)施例2制備的有序介孔氧化鋁200g，裝填到處理柱得到以有序介孔氧化鋁 為充填介質(zhì)的填充柱，其中，該填充柱的內(nèi)徑為30mm，柱長為20cm，將500L的自來水水樣 (將該自來水水樣中氟離子的濃度調(diào)控為5mg/L，共含有氟離子2. 5g)以30mL/min的流速 自下而上通過該填充柱，得到凈化的水，通過離子色譜法測定氟離子的濃度低于0. 9mg/L ； 其中，加入的有序介孔氧化鋁的質(zhì)量是水中氟離子質(zhì)量的80倍。實(shí)施例8、有序介孔氧化鋁吸附水中砷離子稱取實(shí)施例3制備的有序介孔氧化鋁0. Ig,加入到20公斤的自來水水樣中進(jìn)行分 散，將該自來水水樣中砷離子的濃度調(diào)控為10(^8/1，共含有砷離子0. 002g，加入的有序 介孔氧化鋁的質(zhì)量是水中砷離子質(zhì)量的50倍；攪拌使其混合均勻，然后進(jìn)行過濾分離得到 凈化的水，通過電感耦合等離子體_原子發(fā)射光譜測定砷離子濃度低于1 μ g/L。實(shí)施例9、有序介孔氧化鋁吸附水中砷離子稱取實(shí)施例4制備的有序介孔氧化鋁20g，裝填到處理柱得到以有序介孔氧化鋁 為充填介質(zhì)的填充柱，其中，該填充柱的內(nèi)徑為60mm，柱長為30cm，將200L的自來水水樣 (將該自來水水樣中砷離子的濃度調(diào)控為100 μ g/L，共含有砷離子0. 2g)以lOOmL/min的 流速自下而上通過該填充柱，得到凈化的水，通過電感耦合等離子體_原子發(fā)射光譜測定 砷離子濃度小于10 μ g/L;其中，加入的有序介孔氧化鋁的質(zhì)量是水中砷離子質(zhì)量的100 倍。實(shí)施例10、有序介孔氧化鋁吸附水中砷離子稱取實(shí)施例9制備的有序介孔氧化鋁0. 2g，加入到20公斤的自來水水樣中進(jìn)行分 散，將該自來水水樣中砷離子的濃度調(diào)控為10(^8/1，共含有砷離子0. 002g，加入的有序 介孔氧化鋁的質(zhì)量是水中砷離子質(zhì)量的100倍；攪拌使其混合均勻，然后進(jìn)行過濾分離得 到凈化的水，通過電感耦合等離子體_原子發(fā)射光譜測定砷離子濃度低于5 μ g/L。
權(quán)利要求
一種凈化水的方法，是用有序介孔氧化鋁吸附水中重金屬離子和/或氟離子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述有序介孔氧化鋁的比表面積為 200m7g-400m2/g，孔容為 0. 5cm7g_l. 0cm7g，孔徑為 lnm-lOnm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述重金屬離子為砷離子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于所述處理的方法是將所述有序 介孔氧化鋁分散于待凈化的水中并混合均勻后再將所述有序介孔氧化鋁分離出去，得到凈 化水。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述有序介孔氧化鋁的質(zhì)量為所述水中 砷離子質(zhì)量的40-100倍；所述有序介孔氧化鋁的質(zhì)量為所述水中氟離子質(zhì)量的50-80倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于所述處理的方法是將所述有序 介孔氧化鋁裝填到處理柱中得填充柱；然后使待凈化的水通過該填充柱，得到凈化水。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述填充柱的內(nèi)徑為30mm-60mm，長度為 20cm_30cmo
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于所述水自下而上通過所述填充柱。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一所述的方法，其特征在于所述水通過所述填充柱的流速 為 10mL/min-100mL/mino
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一所述的方法，其特征在于所述有序介孔氧化鋁的質(zhì)量為 所述水中砷離子質(zhì)量的50-200倍；所述有序介孔氧化鋁的質(zhì)量為所述水中氟離子質(zhì)量的 50-100 倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種凈化水的方法。該方法是利用有序介孔氧化鋁吸附水中砷離子和/或氟離子。具體步驟將有序介孔氧化鋁分散于水中并混合均勻后進(jìn)行分離或?qū)⒂行蚪榭籽趸X裝填到處理柱中得填充柱；然后使水通過該填充柱。本發(fā)明的方法簡單、安全、成本低、環(huán)境污染小，吸附容量高，除氟、除砷效果十分顯著，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號C02F1/62GK101948150SQ20101028016
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者萬立駿, 宋衛(wèi)國, 李偉 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所