一种MS活化硅胶@FeOOH复合材料及其制备和在除砷中的应用

本发明涉及水体除砷，具体涉及水体除砷材料。

背景技术：

1、地下水环境的砷污染问题日益严重且影响最为广泛，我国云南、广西、内蒙古、宁夏与新疆的一些地区都存在严重的砷污染。鉴于砷污染潜在危害，除去地表径流或地下水中的砷是亟待解决的难题。因此，开发出绿色高效且经济的固砷材料迫在眉睫。羟基氧化铁作为一种性能良好的砷吸附剂，受到了广泛关注。中国发明专利“纳米羟基氧化铁及其制备方法”(邓泉，专利申请号cn201110442263.4，2011-12-20)公开了一种制备棒状纳米羟基氧化铁的方法，该方法制备得到的羟基氧化铁，对三价砷的吸附容量为70.26mg/g，对五价砷的吸附容量为42.35mg/g，较低的吸附容量可能使得用作可渗透反应墙固砷材料时需要较宽的墙体厚度，成本较高。因此开发对水体中砷有更高吸附容量的固砷材料，可减少可渗透反应墙的厚度，减少含砷水处理投资成本。

技术实现思路

1、针对现有除砷材料的吸附容量不理想的问题，本发明第一目的在于，提供ms活化硅胶@feooh复合材料，旨在提供具有优异砷吸附容量的新材料。

2、本发明第二目的在于，提供所述的ms活化硅胶@feooh复合材料的制备方法，旨在制得具有优异砷吸附容量的材料。

3、本发明第三目的在于，提供所述的ms活化硅胶@feooh复合材料在除砷中的应用。

4、为改善砷的吸附容量以及吸附稳定性，本发明提供以下技术方案：

5、一种ms活化硅胶@feooh复合材料，包括ms活化硅胶以及生长在其上的羟基氧化铁；

6、所述的ms活化硅胶为经式1化合物活化处理的硅胶；

7、

8、所述的r为c1～c4的烷基。

9、本发明提供了一种全新的材料，其包括式1改性处理的活化硅胶以及生长在所述活化硅胶上的feooh。研究发现，本发明所述的新材料，基于所述的成分以及结构的协同联合，能够意外地改善材料对砷的吸附容量，此外，还利于改善砷的吸附稳定性，降低二次毒性。

10、本发明中，对所述的固砷硅铁材料中，硅、铁摩尔比做进一步优选控制，有助于进一步改善成分以及吸附稳定性；优选地，硅、铁摩尔比为1：0.5～20；优选为1:10～16；进一步优选为1:10～14，更进一步优选为1:11～13。

11、本发明还提供了一种所述的ms活化硅胶@feooh复合材料的制备方法，采用式1化合物对硅胶进行活化处理，制得所述的ms活化硅胶，随后在ms活化硅胶上复合羟基氧化铁，即得。

12、本发明研究表明，创新地采用式1对硅胶进行活化处理，如此可以意外地构建as吸附和/或固定适配的微观孔隙结构和适合的-oh等活性位点，进一步对其进行feooh复合，可以为feooh提供丰富反应位点，有效诱导feooh在所述的活化硅胶中形成，并改善其在硅胶中的弥散分布均匀性以及和硅胶的化学复合稳定性，如此能够协同，改善制备的材料对as的吸附容量，不仅如此，还有助于改善吸附稳定性。

13、本发明中，所述的硅胶可以基于已知的手段获得，或者可采用已有的商用产品。

14、例如，本发明中，所述的硅胶通过硅酸钠溶液和硫酸搅拌反应制得。进一步地，用硫酸将硅酸钠溶液调节至凝固后搅拌反应，随后固液分离，得到硅胶。

15、本发明中，所述的硫酸的浓度没有特别要求，例如可以为1.5～2.5mol/l。

16、本发明中，所述的硅酸钠的浓度没有特别要求，例如可以为0.8～1.2mol/l；

17、本发明中，所述的硫酸不低于将硅酸钠完全转化成硅胶的理论量，考虑到处理成本，硫酸和硅酸钠的摩尔比在1以上，进一步可以为1～1.5:1。

18、本发明中，搅拌反应阶段的温度没有特别要求，例如可以为5～75℃，考虑到处理工艺的简便性，其可以是室温。搅拌反应的时间可根据需要调整，例如可以为3～36小时。

19、本发明中，创新地采用式1化合物对硅胶进行改性处理，如此能够意外地构建as适配的孔结构以及活性位点，如此利于feooh对硅胶骨架的化学作用和弥散均匀分布，有助于改善其对as的吸附容量和稳定性。

20、本发明中，将硅胶置于式1的溶液中搅拌进行活化处理，随后固液分离，得到所述的ms活化硅胶。

21、优选地，所述的式1的溶液中，式1的浓度为10～35％，优选为20～30％；

22、优选地，活化过程中，硅胶和式1溶液的液固比没有特别要求，例如可以为5～50ml/g，考虑到处理成本，可进一步为20～30ml/g。

23、优选地，活化处理阶段的温度为5～75℃；优选为15～35℃；

24、优选地，活化处理的时间为3～36h，进一步优选为9～15h。

25、本发明中，活化处理阶段固液分离得到的含式1的滤液可直接重复利用或者调节其浓度后重复利用。

26、本发明中，可基于已知的手段在ms活化硅胶中生长复合所述的feooh。本发明中，例如，将ms活化硅胶、铁源、氧化剂，搅拌反应，在ms活化硅胶上生长复合羟基氧化铁，制得所述的ms活化硅胶@feooh复合材料；

27、所述的铁源可以为亚铁盐，例如可以为硫酸亚铁。所述的氧化剂例如可以为双氧水；

28、本发明中，ms活化硅胶和铁源中的硅、铁摩尔比为1:0.5～20，优选为1:10～16，进一步优选为1:10～14，更进一步优选为1:11～13。

29、本发明中，得益于式1的改性处理，如此能够构建适配的孔结构以及羟基等活性位点，其能够参与并诱导feooh的原位形成，从而利于改善feooh和硅胶的化学作用以及活性。

30、本发明中，得益于所述的式1改性处理，可以在更低的氧化剂下，即可成功得到本发明所述物相的材料，例如，本发明中，双氧水和铁源的摩尔比为1:2～6，进一步可以为1:4～5。

31、本发明中，feooh复合反应的温度为5～75℃，考虑到处理的简便性，可以为室温如15～35℃；反应的时间例如为3～36h，进一步可以为9～15h。

32、本发明还提供了一种所述的ms活化硅胶@feooh复合材料的应用，将其用作除砷材料。

33、本发明一种更典型的应用，将其作为除砷材料，用于吸附和/或固定含砷水体中的砷；

34、本发明中，所述的含砷水体中的砷为亚砷酸(根)和/或砷酸(根)。

35、本发明中，除砷阶段的含砷水体的ph为4～9。

36、有益效果：

37、(1)本发明提供了一种ms活化硅胶@feooh复合材料，其对三价砷的吸附容量可达62.22～181.96mg/g，对五价砷的吸附容量可达115.93～153.18mg/g，具有优异的砷吸附容量，此外，还具有优异的吸附稳定性，固定后的砷不易再次解吸溶出。

38、(2)本发明创新地采用式1对硅胶进行活化处理，如此可以意外地构建as吸附、固定所适配的微观孔隙结构和适合的-oh等活性位点，进一步对其进行feooh复合，可以为feooh提供丰富反应位点，有效诱导feooh在所述的活化硅胶中形成，并改善其在硅胶中的弥散分布均匀性以及和硅胶的化学复合稳定性，如此能够协同，改善制备的材料对as的吸附容量，不仅如此，还有助于改善吸附稳定性。

39、(3)本发明原料成本较低，制备流程较简单，式1可以重复利用；