一種氧化鋁基吸附劑及其制備方法，其在廣泛的pH值范圍內并且存在過量競爭離子的情況下對氟離子和磷、砷氧離子具有高親和力和容量。氧化鋁基吸附劑是一種氧化鋁以特定比率存在于四、五和八面體中的混合氧化物，以及元素鈦、鋯、錫、鈰、鑭、鐵或其組合的多價金屬氧化物。在醫藥和食品行業，氧化鋁基吸附劑可用于從飲用水、工業流和廢棄物中選擇性去除氟離子和磷、砷氧離子。

發明背景

1.發明領域

本發明涉及過濾介質，更具體地說，涉及一種高容量吸附劑及其制備方法。高容量吸附劑包括在廣泛的pH值范圍內和存在高過量競爭離子的情況下對氟離子和磷、砷的含氧陰離子增強的性能。在醫藥和食品行業中，高容量吸附劑用于從飲用水、工業流和廢棄物中選擇性去除氟離子和磷、砷的含氧陰離子。

2.相關工藝描述

不溶性多價金屬氫氧化物的離子交換特性從1950年代以來就已經被研究[C.B.Amphlett，無機離子交換劑，愛思唯爾，紐約(1964)]。結果發現，這些氫氧化物(氫氧化鋁、氫氧化鐵、氫氧化鈦、氫氧化鋯等)中的一些是兩性的，并且根據pH值表現為陽離子交換劑或陰離子交換劑。

氟化物被認為是動物和人類的必需元素，因為它在骨骼和牙本質礦化中起著重要作用。然而，當氟化物存在多于1.5毫克/升時，它將會影響牙齒、內分泌腺、肝臟和其它器官。目前，世界衛生組織承認活性氧化鋁(AA)吸附作為一種水除氟的最佳吸附劑。一些通過改變工藝條件對水除氟AA性能的研究表明，最大吸附的最佳pH值為5和7之間。活性氧化鋁對氟的容量取決于AA的制備路線、結晶形態，并且可從1變化到20毫克/克，根據操作條件[A.Bhatnagar等人，通過吸附從水中去除氟-評論，化學工程學報，171，第811-840頁，(2011)]。其它類型的多價金屬氧化物也有去除氟離子的能力，但它們的效率通常低于AA。粒狀氫氧化鐵(GFH)展示了在pH范圍約為6–7內約為7毫克/克的氟容量；水合二氧化鈦和氧化鋯具有相似的差性能(美國專利6077809展示了在pH值約為3時約為5毫克/克的容量)。一些二元多價混合氧化物已被測試作為潛在的氟吸附劑。結果發現，氧化鋁-二氧化鈦氧化物具有約為3毫克氟/克的容量；氧化鋯-鐵具有約為10毫克氟/克的容量；而氧化鋁-氧化鐵具有高達4毫克氟/克的容量(例如參考美國專利號6599429)。氧化鋁-氧化鈰在pH值6時具有高達90毫克/克的氟化物容量，但是鈰的高成本使得該材料對于水除氟成本過高。

多價金屬基水合氧化物對磷、砷的含氧陰離子顯示了高親和力。水合氧化鋯已被用于腎透析中的磷酸鹽去除(例如參考美國專利號6878283、7033498、7135156、8002726和美國專利公開號2010/0078387)。已經表明，氧化鋯的磷容量對血液透析溶液可達到90 120毫克PO₄/克。鐵氧化物對PO₄的高親和力允許其用于水處理(參考美國專利號5876606)，也可用于人類和動物口服以預防高磷血癥(參考美國專利公開號2009/169645和2013/316018)。

氫氧化鋁被建議為砷的吸附劑(參考美國專利號6030537)；然而，氧化鋁對砷的容量明顯低于水合二氧化鈦(例如參考美國專利號6919029、7473369和7497952)、鋯(美國專利號6383395、7252767和6077809)和鐵的氧化物(美國專利號6830695、7625487和8404210)。此外，氫氧化鋁只能夠吸附砷(V)，并沒有對砷(Ⅲ)的親和力。使用多價混合氧化物選擇性去除砷已被證明：氧化鋁-氧化鐵(美國專利號6599429)，錳和摻雜鐵的鈦和鋯氧化物(美國專利號8216543)。

用于水降氟除砷的選擇性無機吸附劑、富營養化防治、工業流處理在醫藥和食品行業不同應用中的廣泛使用在工藝上是缺乏的，并且需要進一步研究具有增強吸附性能的成本有效的材料。

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