CN109529789A - 用于除去重金属的吸附剂颗粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

用于从水中除去重金属的吸附剂颗粒组合物包含金属羟基氧化物材料、金属氧化物材料、氧化锰材料和水硬性粘合剂。吸附剂颗粒可以包含有机造孔剂的残留物。制备多个吸附剂颗粒的方法包括将过滤材料、水硬性粘合剂和水的混合物造粒，在18℃至30℃的温度下在密封容器中将所述多个吸附剂颗粒保持胶接时间段，和在额外的水中洗涤所述多个吸附剂颗粒。过滤材料包含金属羟基氧化物材料、金属氧化物材料和氧化锰材料。所述方法可以包括在将混合物造粒前，将水溶性有机造孔剂溶解在水中。

Description

用于除去重金属的吸附剂颗粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及用于水净化的吸附剂。更具体地，本发明涉及用于从水中除去重金属的吸附剂和用于制备从水中除去重金属的吸附剂的方法。
背景技术
在一些饮用水中可能存在有害浓度的重金属，例如砷(As)、铅(Pb)、镉(Cd)和汞(Hg)。重金属的来源可以是天然存在的或由工业污染造成的。可以通过许多技术，包括反渗透或蒸馏除去重金属。然而，这些技术可能昂贵，因为它们可以是能量和资源密集型的。
除去重金属的较不昂贵的方法可以是通过含有设计用于除去重金属的粒状吸附剂的筒来过滤水。然而，这样的粒状吸附剂不能高效地除去重金属，导致更大和更昂贵的滤筒。
发明内容
用于从水中除去重金属的吸附剂颗粒组合物包含金属羟基氧化物材料、金属氧化物材料、氧化锰材料和水硬性粘合剂。吸附剂颗粒可以包含有机造孔剂。制备多个吸附剂颗粒的方法包括将过滤材料和水硬性粘合剂混合在一起，将过滤材料和水硬性粘合剂的混合物与水组合以形成糊料，将糊料造粒以形成多个吸附剂颗粒，将额外的水施加至多个吸附剂颗粒各自的表面，在18℃至30℃的温度下在密封容器中将多个吸附剂颗粒保持胶接时间段并在额外的水中洗涤多个吸附剂颗粒。过滤材料包含金属羟基氧化物材料、金属氧化物材料和氧化锰材料。该方法可以包括在将过滤材料和水硬性粘合剂的混合物与水组合以形成糊料之前将造孔剂溶解在水中。造孔剂包含水溶性或水混溶性有机化合物。
各种实施方案涉及用于从水中除去重金属的吸附剂颗粒组合物。多个吸附剂颗粒各自包含金属羟基氧化物材料、金属氧化物材料、氧化锰材料和水硬性粘合剂。在一些实施方案中，水硬性粘合剂包含以下至少一种：波特兰水泥、铝酸钙水泥、硫铝酸盐水泥、羟基磷灰石、磷酸三钙和氟铝酸盐水泥。在一些实施方案中，水硬性粘合剂为组合物的5 wt%至20wt%。在一些实施方案中，水硬性粘合剂为组合物的10 wt%至12 wt%。在一些实施方案中，多个吸附剂颗粒各自还包含分子筛材料。在一些实施方案中，金属羟基氧化物材料与金属氧化物材料与氧化锰材料与分子筛材料之比为0.5-2:0.5-2:0.5-2:0.01-1。在一些实施方案中，多个吸附剂颗粒各自还包含造孔剂的残留物，造孔剂包含水溶性或水混溶性有机化合物。在一些特定实施方案中，造孔剂包含以下至少一种：聚(乙二醇)、甘油、乙二醇、二甲基甲酰胺和二甲亚砜。在一些特定实施方案中，造孔剂包含重均分子量为100克/摩尔至4000克/摩尔的聚(乙二醇)。在一些实施方案中，金属羟基氧化物材料包括羟基氧化铁，金属氧化物材料包括二氧化钛，且氧化锰材料包括锰砂。
各种实施方案涉及制备多个吸附剂颗粒的方法。所述方法包括将过滤材料和水硬性粘合剂混合在一起，将过滤材料和水硬性粘合剂的混合物与水组合以形成糊料，将糊料造粒以形成多个吸附剂颗粒，将额外的水施加至多个吸附剂颗粒各自的表面，在18℃至30℃的温度下在密封容器中将多个吸附剂颗粒保持胶接时间段并在额外的水中洗涤多个吸附剂颗粒。过滤材料包含金属羟基氧化物材料、金属氧化物材料和氧化锰材料。在一些实施方案中，水硬性粘合剂包含以下至少一种：波特兰水泥、铝酸钙水泥、硫铝酸盐水泥、羟基磷灰石、磷酸三钙和氟铝酸盐水泥。在一些实施方案中，水硬性粘合剂为过滤材料和水硬性粘合剂总重量的5 wt%至20 wt%。在一些特定实施方案中，水硬性粘合剂为过滤材料和水硬性粘合剂总重量的10 wt%至12 wt%。在一些实施方案中，金属羟基氧化物材料包括羟基氧化铁，金属氧化物材料包括二氧化钛，且氧化锰材料包括锰砂。在一些实施方案中，过滤材料还包含分子筛材料。在一些特定实施方案中，金属羟基氧化物材料与金属氧化物材料与氧化锰材料与分子筛材料之比为0.5-2:0.5-2:0.5-2:0.01-1。在一些实施方案中，该方法还包括在将过滤材料和水硬性粘合剂的混合物与水组合以形成糊料之前将造孔剂溶解在水中，造孔剂包含水溶性或水混溶性有机化合物。在一些特定实施方案中，造孔剂包含以下至少一种：聚(乙二醇)、甘油、乙二醇、二甲基甲酰胺和二甲亚砜。在一些特定实施方案中，造孔剂包含重均分子量为100克/摩尔至4000克/摩尔的聚(乙二醇)。
通过结合附图参考本发明的实施方案的以下描述，本发明的上述和其它特征及获得它们的方式将变得更明确并且本发明本身将更好理解。
附图说明
图1是图示说明与需要高温烧结的包含粘土粘合剂的第四组吸附剂颗粒的样品的压碎强度相比，来自根据本公开的实施方案的三组吸附剂颗粒的各组的样品的压碎强度的图。
图2是图示说明与需要高温烧结的包含粘土粘合剂的另外两组吸附剂颗粒的各组的样品的比表面积相比，来自根据本公开的实施方案的两组吸附剂颗粒的各组的样品的比表面积(Brunauer-Emmett-Teller表面积)的图。
图3是图示说明根据本公开的实施方案的吸附剂颗粒的砷除去效率的图。
详细描述
用于从水中吸附重金属的吸附剂颗粒通常由用粘土粘合剂保持在一起的过滤材料的组合制成。可以将过滤材料粉末化为细粉末，与粘合剂混合在一起，然后成型为其尺寸用于例如家用滤筒的吸附剂颗粒。在除去至少一些重金属方面，紧邻的过滤材料的协同组合可以导致大于90%的效率。过滤材料可以包含金属羟基氧化物，例如羟基氧化铁(FeOOH)，其在吸附重金属，例如砷方面高度有效。
粘合剂将过滤材料保持在一起以提供具有至少7牛顿(N)的压碎强度的吸附剂颗粒，以能够承受与制造和使用滤筒相关的制造和处理的严格要求。为了开发这样高水平的压碎强度，必须在高达400℃至800℃的温度下烧结或煅烧使用粘土粘合剂的吸附剂颗粒。然而，FeOOH热不稳定并且根据其热重分析(TGA)曲线，将倾向于在高于150℃的温度下转化为氧化铁(Fe2O3)。该转化可将过滤材料的除去效率降低到低至60%，因为Fe2O3在吸附重金属方面不像FeOOH一样有效。
根据本公开的实施方案的吸附剂颗粒使用水硬性粘合剂。水硬性粘合剂是与水发生化学反应以固化和硬化的材料。水硬性粘合剂可以在室温或接近室温下将过滤材料胶接或粘合在一起。水硬性粘合剂不需要高温以对吸附剂颗粒赋予所需的强度。与包含粘土粘合剂的吸附剂颗粒(其必须暴露于高温)相比，包含水硬性粘合剂的吸附剂颗粒可以表现出更高的除去效率。不希望受任何理论束缚，据信由于包含水硬性粘合剂的吸附剂颗粒不暴露于高温，保留更多的金属羟基氧化物用于从水中过滤重金属。在一些实施方案中，通过使用水溶性或水混溶性有机造孔剂以提高吸附剂颗粒的比表面积来进一步提高重金属除去效率。这样的吸附剂颗粒可以进一步包含有机造孔剂的残留物。
本公开的实施方案包括制备吸附剂颗粒的方法，其包括将水施加至包含水硬性粘合剂的吸附剂颗粒并在室温或接近室温下在密封容器中将其保持以允许粘合剂将过滤材料胶接在一起的时间段。该方法形成了具有足够的压碎强度的吸附剂颗粒而不使用高温烧结。在一些实施方案中，通过将水溶性或水混溶性有机造孔剂添加至吸附剂颗粒来进一步提高重金属除去效率。造孔剂在吸附剂颗粒的造粒和胶接期间存在，然后在胶接后，其大部分被冲洗掉，留下通过大部分的各吸附剂颗粒的开孔结构，提高了吸附剂颗粒的比表面积。
在一些实施方案中，可以通过将过滤材料和水硬性粘合剂混合在一起，然后将混合物与水组合以形成糊料来形成吸附剂颗粒。可以将糊料造粒以形成吸附剂颗粒。用于造粒的一些技术包括如本领域已知的挤压造粒、离心造粒、熔融造粒、喷雾造粒和挤出造粒。
过滤材料可以包含金属羟基氧化物材料、金属氧化物材料和氧化锰材料。金属羟基氧化物材料可以包括例如羟基氧化铁(FeO(OH))或羟基氧化钛(TiO(OH))。金属氧化物材料可以包括例如二氧化钛(TiO2)、氧化亚铁(FeO)或氧化铁(Fe2O3)。氧化锰(MnO)材料可以是例如锰砂材料的形式。在一些实施方案中，过滤材料粉末可以进一步包含分子筛材料，例如活性氧化铝或沸石，例如沸石13X。
在一些实施方案中，金属羟基氧化物材料与金属氧化物材料与氧化锰材料与分子筛材料的重量比可以为0.5-2:0.5-2:0.5-2:0.01-1。在一些实施方案中，金属羟基氧化物材料与金属氧化物材料与氧化锰材料与分子筛材料的重量比可以为1比1比1比0.6，或表示为1:1:1:0.6。
在一些实施方案中，相对于过滤材料粉末的总重量的金属羟基氧化物材料的重量百分比可以低至 2 wt%、5 wt%或10 wt%，或高至30 wt%、60 wt%或90 wt%，或上述重量百分比的任何两个之间的任何重量百分比。例如，在一些实施方案中，相对于过滤材料粉末的总重量的金属羟基氧化物材料的重量百分比可以为2 wt%至90 wt%、5 wt%至60 wt%或10 wt%至30 wt%。
在一些实施方案中，相对于过滤材料粉末的总重量的金属氧化物材料的重量百分比可以低至 2 wt%、5 wt%或10 wt%，或高至30 wt%、60 wt%或90 wt%，或上述重量百分比的任何两个之间的任何重量百分比。例如，在一些实施方案中，相对于过滤材料粉末的总重量的金属氧化物材料的重量百分比可以为2 wt%至90 wt%、5 wt%至60 wt%或10 wt%至30wt%。
在一些实施方案中，相对于过滤材料粉末的总重量的氧化锰材料的重量百分比可以低至 2 wt%、5 wt%或10 wt%，或高至30 wt%、60 wt%或90 wt%，或上述重量百分比的任何两个之间的任何重量百分比。例如，在一些实施方案中，相对于过滤材料粉末的总重量的氧化锰材料的重量百分比可以为2 wt%至90 wt%、5 wt%至60 wt%或10 wt%至30 wt%。
在一些实施方案中，相对于过滤材料粉末的总重量的分子筛材料的重量百分比可以低至 0.5 wt%、2 wt%或5 wt%，或高至10 wt%、20 wt%或30 wt%，或上述重量百分比的任何两个之间的任何重量百分比。例如，在一些实施方案中，相对于过滤材料粉末的总重量的分子筛材料的重量百分比可以为0.5 wt%至30 wt%、2 wt%至20 wt%或5 wt%至10 wt%。
可以将金属羟基氧化物材料、金属氧化物材料、氧化锰材料和分子筛材料各自粉末化以形成过滤材料。过滤材料可以是具有小至 0.05微米(µm)、0.1 µm、0.2 µm、0.3 µm、0.5 µm、1 µm或2 µm，或大至3 µm、5 µm、10 µm、20 µm、30 µm、50 µm或100 µm，或任何两个上述值之间的中值粉末粒度的细粉末形式。例如，在一些实施方案中，中值粉末粒度可以为0.05 µm至100 µm、0.05 µm至2 µm、0.3 µm至30 µm、1 µm至50 µm、3 µm至50 µm或10 µm至20 µm。在一些实施方案中，中值粉末粒度可以为约10 µm。如本领域已知的，中值粉末粒度可以通过例如动态光散射***测定。在一些实施方案中，可以将金属羟基氧化物材料、金属氧化物材料、氧化锰材料和分子筛材料各自单独地粉末化，然后组合以形成过滤材料。在一些其它实施方案中，可以将金属羟基氧化物材料、金属氧化物材料、氧化锰材料和分子筛材料组合，然后一起粉末化以形成过滤材料。
水硬性粘合剂可以包含以下至少一种：波特兰水泥、铝酸钙水泥、硫铝酸盐水泥、羟基磷灰石、磷酸三钙和氟铝酸盐水泥。
在造粒后，可以将额外的水施加至各吸附剂颗粒的表面，然后可以在容器中将润湿的吸附剂颗粒密封胶接时间段。在一些实施方案中，在胶接时间段期间，吸附剂颗粒可以在室温或接近室温下。如本文所定义，在室温或接近室温下是18℃至30℃。在一些实施方案中，胶接时间段期间的温度可以低至18℃、19℃、20℃、21℃、22℃或23℃，或高至25℃、26℃、27℃、28℃、29℃或30℃，或任何两个上述温度之间的任何温度。例如，在一些实施方案中，胶接时间段期间的温度可以为18℃至30℃、19℃至29℃、20℃至28℃、21℃至27℃、22℃至26℃或23℃至25℃。
在胶接时间段期间，水和水硬性粘合剂发生化学反应以形成无机水合物，其将过滤材料粘合在一起，形成硬化的吸附剂颗粒。在其期间吸附剂颗粒形成足够的压碎强度的胶接时间段可以短至3天、5天、7天、9天、11天或13天，或长至17天、19天、21天、23天或 25天或任何两个上述胶接时间段之间的任何胶接时间段。例如，在一些实施方案中，胶接时间段可以为3天至25天、7天至23天、9天至21天、11天至19天、13天至17天、5天至9天、5天至11天或7天至17天。在胶接时间段之后，可以从密封容器移除吸附剂颗粒。在一些实施方案中，在胶接时间段之后可以用额外的水洗涤吸附剂颗粒。
图1是图示说明与需要高温烧结的包含粘土粘合剂的第四组吸附剂颗粒的样品的压碎强度相比，来自根据本公开的实施方案的三组吸附剂颗粒的各组的样品的压碎强度的图。所有四组吸附剂颗粒包含如上所述相同的过滤材料。如上所述的根据本公开的实施方案制备的三组吸附剂颗粒各自包含铝酸钙水泥作为水硬性粘合剂。对于三组中的两组，相对于过滤材料和水硬性粘合剂总计的水硬性粘合剂的重量百分比为16.7 wt%。对于三组中的第三组，相对于过滤材料和水硬性粘合剂总计的水硬性粘合剂的重量百分比为11.1wt%。三组的胶接时间段为在室温下11天至25天。第四组吸附剂颗粒包含过滤材料和凹凸棒石粘土粘合剂的11 wt%的凹凸棒石粘土粘合剂并在500℃下烧结。吸附剂颗粒是球形并且直径为为约2毫米。
测试来自四组中各组的20个吸附剂颗粒的压碎强度。采用来自Dalian PanghuiKeji, Ltd.的颗粒强度测试仪测量压碎强度并且对各组测定算术平均值。结果示于图1中。如图1所示，根据本公开的实施方案的包含水硬性粘合剂的吸附剂颗粒表现出比包含粘土粘合剂的吸附剂颗粒显著更大的压碎强度。
因此，在一些实施方案中，相对于过滤材料和水硬性粘合剂的总重量的水硬性粘合剂的重量百分比可以低至5 wt%、6 wt%、7 wt%、8 wt%、9 wt%或10 wt. %，或高至12 wt%、13 wt%、14 wt%、16 wt%、18 wt%或20 wt%，或在任何两个上述重量百分比之间。例如，在一些实施方案中，相对于过滤材料和水硬性粘合剂的总重量的水硬性粘合剂的重量百分比可以为5 wt%至20 wt%、6 wt%至18 wt%、7 wt%至16 wt%、8 wt%至14 wt%、9 wt%至13 wt%或10wt%至12 wt%。
在一些实施方案中，吸附剂颗粒可以进一步包含有机造孔剂(PFA)。PFA是水溶性或水混溶性有机化合物。在一些实施方案中，PFA可以包含以下至少一种：聚(乙二醇)、甘油、乙二醇、二甲基甲酰胺和二甲亚砜。在一些实施方案中，PFA可以包含重均分子量为100克/摩尔至4000克/摩尔的聚(乙二醇)(PEG)。在一些实施方案中，PFA可以包含重均分子量为100克/摩尔至800克/摩尔的混溶性聚(乙二醇)(PEG)。例如，在一些实施方案中，PFA可以包含平均分子量为约400克/摩尔的PEG-400。PEG-400在室温下是液体并且可与水混溶。在其它实施方案中，PFA可以包含PEG-2000。PEG-2000在室温下是固体并且可溶于水。
在一些实施方案中，PFA在水中的浓度可以低至 5 wt%、8 wt%、11 wt%、14 wt%、17wt. %或20 wt%，或高至26 wt%、32 wt%、38 wt%、44 wt%或50 wt%，或任何两个上述浓度之间的任何浓度。例如，在一些实施方案中，PFA在水中的浓度可以为5 wt%至50 wt%、8 wt%至44 wt%、11 wt%至38 wt%、14 wt%至32 wt%、17 wt%至26 wt%或20 wt%至26 wt%。
如上所述，可以在将水与过滤材料和水硬性粘合剂的混合物组合之前，将PFA与水组合。因此，在吸附剂颗粒的造粒和胶接期间存在PFA。在胶接时间段之后，可以彻底洗涤吸附剂颗粒，冲洗掉大部分PFA并留下通过大部分的各吸附剂颗粒的开孔结构。开孔结构可用于提高吸附剂颗粒的比表面积。在一些实施方案中，并非所有的PFA都被冲洗掉，因此，PFA的残留物将留在吸附剂颗粒中。
图2是图示说明与需要高温烧结的包含粘土粘合剂的另外两组吸附剂颗粒的各组的样品的比表面积相比，来自根据本公开的实施方案的两组吸附剂颗粒的各组的样品的比表面积(Brunauer-Emmett-Teller表面积)的图。第一组吸附剂颗粒包含粘土粘合剂并在500℃下烧结。第二组吸附剂颗粒也包含粘土粘合剂并进一步包含无机PFA。第二组在500℃下烧结后还进行酸洗涤以改进吸附剂颗粒表面上的孔形成。根据本公开的实施方案制备第三组吸附剂颗粒并且其包含水硬性粘合剂。也根据本公开的实施方案制备第四组吸附剂颗粒并且除水硬性粘合剂外，其还包含有机造孔剂。在所有四组中，粘合剂为过滤材料和粘合剂的总重量的11 wt%。
根据 ISO 9277 Determination of the Specific Surface Area of Solids byGas Adsorption测量来自四组中各组的吸附剂颗粒以测定其比表面积。结果示于图2中。如图2所示，根据本公开的实施方案使用水硬性粘合剂的吸附剂颗粒比使用粘土粘合剂生产的那些具有显著更大的比表面积。此外，根据本公开的实施方案使用PFA的吸附剂颗粒具有四组中最高的比表面积。不希望受任何理论束缚，据信当与无机造孔剂比较时，在造粒期间，有机造孔剂可以更均匀地分布在吸附剂颗粒中。PFA在吸附剂颗粒中更均匀的分布可以在胶接时间段后的洗涤之后在吸附剂颗粒中产生更有效的孔通道。
具体实施方式
实施例1
通过将包含重量比为1:1:1:0.6的羟基氧化铁、二氧化钛、锰砂和沸石13X的64g过滤材料混合物粉末化来制备吸附剂颗粒。将过滤材料混合物粉末化至10 µm的中值粉末粒度以形成过滤材料粉末。在3000 RPM下的离心混合器(来自FlacTek Inc., Landrum, SouthCarolina, U.S.的Speedmixer™ DAC 150.1 FVZ-K)中将8g铝酸钙水泥(CA-70, 70 wt%Al2O3, 30 wt% CaO)的水硬性粘合剂与过滤材料粉末一起混合1分钟。将100g具有约2000克/摩尔的平均分子量的聚(乙二醇)(PEG-2000)形式的PFA溶解在400g水中以形成20 wt%的溶液。将0.5g至2g的量的20 wt%的PEG-2000溶液喷洒在过滤材料粉末和水硬性粘合剂的混合物上，并在3000 RPM下的离心混合器(来自FlacTek Inc., Landrum, SouthCarolina, U.S.的Speedmixer™ DAC 150.1 FVZ-K)中造粒30秒。重复将20 wt%的PEG-2000溶液喷洒在混合物上并在离心混合器中造粒30秒的过程直至已经添加10.8g的20 wt%的PEG-2000溶液以形成球形吸附剂颗粒。将吸附剂颗粒放在容器中并用2g至5g的水喷洒。将容器密封。吸附剂颗粒留在密封容器中7天的胶接时间段。
在胶接时间段之后，用水彻底洗涤吸附剂颗粒以除去大部分PFA以在吸附剂颗粒上形成开孔结构。所得的吸附剂颗粒直径为约0.4 mm至0.8 mm，并且含有约11.1 wt%的水硬性粘合剂。如上所述测量吸附剂颗粒的比表面积并测得为157 m2/g。如上所述测试吸附剂颗粒的压碎强度。发现吸附剂颗粒具有约7.8 N的压碎强度。
还测试吸附剂颗粒除去砷的效率。将具有310毫升体积的吸附剂颗粒样品放在550毫升滤筒中。使超过1320升的含有约十亿分之100份(ppb)的砷的测试溶液以6升/小时的速率通过所述滤筒。吸附剂颗粒除去约90%的砷。
实施例2
通过将包含重量比为1:1:1:0.6的羟基氧化铁、二氧化钛、锰砂和沸石13X的64g过滤材料混合物粉末化来制备吸附剂颗粒。将过滤材料混合物粉末化至10 µm的中值粉末粒度以形成过滤材料粉末。在3000 RPM下的离心混合器(来自FlacTek Inc., Landrum, SouthCarolina, U.S.的Speedmixer™ DAC 150.1 FVZ-K)中将8g铝酸钙水泥(CA-70, 70 wt%Al2O3, 30 wt% CaO)的水硬性粘合剂与过滤材料粉末一起混合1分钟。将100g具有约600克/摩尔的平均分子量的聚(乙二醇)(PEG-600)形式的PFA溶解在400g水中以形成20 wt%的溶液。将0.5g至2g的量的20 wt%的PEG-600溶液喷洒在过滤材料粉末和水硬性粘合剂的混合物上，并在3000 RPM下的离心混合器(来自FlacTek Inc., Landrum, South Carolina,U.S.的Speedmixer™ DAC 150.1 FVZ-K)中造粒30秒。重复将20 wt%的PEG-600溶液喷洒在混合物上并在离心混合器中造粒30秒的过程直至已经添加10.8g的20 wt%的PEG-600溶液以形成球形吸附剂颗粒。将吸附剂颗粒放在容器中并用2g至5g的水喷洒。将容器密封。吸附剂颗粒留在密封容器中7天的胶接时间段。
在胶接时间段之后，用水彻底洗涤吸附剂颗粒以除去大部分PFA以在吸附剂颗粒上形成开孔结构。所得的吸附剂颗粒直径为约0.4 mm至0.8 mm，并且含有约11.1 wt%的水硬性粘合剂。如上所述测量吸附剂颗粒的比表面积并测得为181 m2/g。如上所述测试吸附剂颗粒的压碎强度。发现吸附剂颗粒具有约12.5 N的压碎强度。
还测试吸附剂颗粒除去砷的效率。将具有300毫升体积的吸附剂颗粒样品放在550毫升滤筒中。使超过1400升的含有约十亿分之100份(ppb)的砷的测试溶液以5升/小时的速率通过所述滤筒。通过电感耦合等离子体质谱测量测试溶液中剩余的砷以测定通过吸附剂颗粒除去的砷的百分比。结果示于图3中。图3在左轴上显示以ppb计的出口砷浓度并在右轴上显示除去效率，各自随通过滤筒的测试溶液的体积而变化。如图3所示，吸附剂颗粒从水中除去大于90%的砷，并且出口砷浓度保持低于10 ppb，其符合世界卫生组织饮用水标准。
尽管已关联示例性设计描述了本发明，但可以在本公开的精神和范围内进一步修改本发明。此外，本申请旨在涵盖本发明所属领域的已知或常规实践范围内的与本公开的这样的背离。

Claims (20)

1.用于从水中除去重金属的吸附剂颗粒组合物，多个吸附剂颗粒各自包含：
金属羟基氧化物材料；
金属氧化物材料；
氧化锰材料；和
水硬性粘合剂。
2.权利要求1的组合物，其中所述水硬性粘合剂包含以下至少一种：波特兰水泥、铝酸钙水泥、硫铝酸盐水泥、羟基磷灰石、磷酸三钙和氟铝酸盐水泥。
3.权利要求1的组合物，其中所述水硬性粘合剂为所述组合物的5 wt%至20 wt%。
4.权利要求3的组合物，其中所述水硬性粘合剂为所述组合物的10 wt%至12 wt%。
5.权利要求1的组合物，其中所述多个吸附剂颗粒各自进一步包含分子筛材料。
6.权利要求5的组合物，其中金属羟基氧化物材料与金属氧化物材料与氧化锰材料与分子筛材料之比为0.5-2:0.5-2:0.5-2:0.01-1。
7.权利要求1的组合物，其中所述多个吸附剂颗粒各自进一步包含造孔剂的残留物，所述造孔剂包含水溶性或水混溶性有机化合物。
8.权利要求7的组合物，其中所述造孔剂包含以下至少一种：聚(乙二醇)、甘油、乙二醇、二甲基甲酰胺和二甲亚砜。
9.权利要求8的组合物，其中所述造孔剂包含重均分子量为100克/摩尔至4000克/摩尔的聚(乙二醇)。
10.权利要求1的组合物，其中所述金属羟基氧化物材料包括羟基氧化铁，金属氧化物材料包括二氧化钛，且氧化锰材料包括锰砂。
11.制备多个吸附剂颗粒的方法，所述方法包括：
将过滤材料和水硬性粘合剂混合在一起，所述过滤材料包含金属羟基氧化物材料、金属氧化物材料和氧化锰材料；
将过滤材料和水硬性粘合剂的混合物与水组合以形成糊料；
将糊料造粒以形成多个吸附剂颗粒；
将额外的水施加至所述多个吸附剂颗粒各自的表面；
在18℃至30℃的温度下在密封容器中将所述多个吸附剂颗粒保持胶接时间段；和
在额外的水中洗涤所述多个吸附剂颗粒。
12.权利要求11的方法，其中所述水硬性粘合剂包含以下至少一种：波特兰水泥、铝酸钙水泥、硫铝酸盐水泥、羟基磷灰石、磷酸三钙和氟铝酸盐水泥。
13.权利要求11的方法，其中所述水硬性粘合剂为所述过滤材料和水硬性粘合剂的总重量的5 wt%至20 wt%。
14.权利要求13的方法，其中所述水硬性粘合剂为所述过滤材料和水硬性粘合剂的总重量的10 wt%至12 wt%。
15.权利要求14的方法，其中所述金属羟基氧化物材料包括羟基氧化铁，金属氧化物材料包括二氧化钛，且氧化锰材料包括锰砂。
16.权利要求14的方法，其中所述过滤材料进一步包含分子筛材料。
17.权利要求16的方法，其中金属羟基氧化物材料与金属氧化物材料与氧化锰材料与分子筛材料之比为0.5-2:0.5-2:0.5-2:0.01-1。
18.权利要求11的方法，其进一步包括在将过滤材料和水硬性粘合剂的混合物与水组合以形成糊料之前，将造孔剂溶解在水中，所述造孔剂包含水溶性或水混溶性有机化合物。
19.权利要求18的方法，其中所述造孔剂包含以下至少一种：聚(乙二醇)、甘油、乙二醇、二甲基甲酰胺和二甲亚砜。
20.权利要求19的方法，其中所述造孔剂包含重均分子量为100克/摩尔至4000克/摩尔的聚(乙二醇)。
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