專利名稱：：從水中除去砷和重金屬的方法及組合物的制作方法從水中除去砷和重金屬的方法及組合物相關申請本國際申請要求2005年12月29日提交的、60/754，838的優(yōu)先權，其全部內(nèi)容以引用的方式并入本文中。
技術領域：
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式公開了一種用于凈化水的改進的方法和組合物。在優(yōu)選實施方式中，該方法適于從水中除去砷和/或重金屬。
背景技術：
：根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)，巖石、土壤和水中發(fā)現(xiàn)的極度有毒的金屬元素砷影響了全世界超過100萬的人口。WH0報告說，在全世界上的許多國家，包括孟加拉國、印度、阿根廷和包括臺灣在內(nèi)的中國，砷中毒是普遍的。WH0估計，僅在孟加拉國，飲用水中的砷將會引起200，000到270,000人口因癌癥而死亡。在美國，環(huán)境保護局報告說，在超過二十個州的1300萬人口受到砷污染的飲用水的影響。在其它疾病中，與砷攝入相關的醫(yī)學問題包括皮膚癌和膀胱癌。從水中除去砷的工業(yè)技術包括沉淀法、吸附法、離子交換(IX)法、膜濾法、交替處理法例如濕砂過濾法，以及凈水器(POU)。也存在許多從飲用水中除去重金屬的正在研制中的技術，包括涂敷氧化鐵的砂法、納米過濾法、鐵屑法、硫改性的鐵法、氫氧化鐵粒子法、生物沉降法和植物吸收方法。然而，這些技術通常需要多個處理階段或各種技術的組合以獲得滿意的水質，并且制造和操作困難且昂貴。此外，在使用上述技術凈化水后，對于安全有效地進行廢物處理也有很大麻煩。因此，從水中進行砷和/或重金屬的去除以及安全處理這些有毒物質的強有力而又價格可承受的技術似乎是消除與砷和/或重金屬元素污染相關的日益增加的健康問題的最好選擇。發(fā)明概述上述技術具有許多缺點。例如，涂敷氧化鐵的砂難以制造。過濾法，包括膜濾法、反滲析法(R0)、反電滲析法(EDR)和納米過濾法，可能昂貴且操作困難。此外，廢物的處理也成問題。膜不斷堵塞并因此而弄臟。鐵屑、硫改性的鐵和氫氧化鐵粒子全需要反洗。生物沉降法和植物吸收法都操作困難且社會上不受歡迎。沉積法，包括凝結法/過濾法(C/F)、直接過濾法、凝結輔助微過濾法、增強凝結法、石灰軟化法和增強石灰軟化法，都存在例如PH值調節(jié)之類的問題。吸附方法，特別是使用活性氧化鋁的方法，具有低容量和氧化鋁問題。雖然碳基凈化法可以從飲用水中除去一些有機污染物，但碳對于除去重金屬和砷，特別是As(III)和As(V)是無效的。物理凈化法如使用金屬氧化物的方法，需要調節(jié)pH值且會遭受堵塞的問題。在一些實施方式中，需要一種高效、價廉、易操作、少維護地從流體中去除包括As(III)和As(V)在內(nèi)的重金屬的方法。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，公開一種用于除去流體中污染物的介質。該介質具有高的孔隙率，并包含有鐵、粘土、碳和鐵-二氧化硅復合物涂層。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，公開一種制備涂敷鐵的陶瓷粒子(ICPG)的方法。該方法包括獲得多孔陶瓷粒子；用鐵粉涂敷陶瓷粒子；以及重新燒制陶瓷粒子。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，公開一種制備多孔陶瓷粒子的方法。該方法包括混合粘土、碳源材料和孔隙率控制用化合物以獲得混合物；以及在590-63(TC之間的溫度下在缺氧室內(nèi)燒制該混合物。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，公開一種從流體中除去污染物的方法。該方法包括使該流體與涂敷鐵的陶瓷粒子(ICPG)接觸。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，公開一種從流體中除去污染物的過濾系統(tǒng)。該介質包括容器和多個ICPG。圖l示出了ICPG粒子的掃描電子照片(a)整個粒子(500ym標尺)，放大率74;(b)ICPG孔閉合(5ym標尺)；(c)和(d)用作過濾介質(20um標尺)之前(c)和之后(d)的拓撲表面，放大率IOOO。圖2示出了由粗糙的Fe-Si表面捕獲并結合的砷?？蓾B透的孔也捕獲砷。圖3示出了流速對砷去除速率的影響。說明一些情況下以示范性的形式或者通過參照一個或多個附圖在本文中公開了本發(fā)明的實施方式。然而，任何這種具體實施方式的公開都僅是示例性的，并不是單獨地表示本發(fā)明的整個范圍。砷環(huán)境地球化學砷(As或As，原子no:33;原子量74.922gm/mo1)通?？稍诒榧碍h(huán)境中的毒性和活性不同的大量化學物種中找到(Francesconi,K.A.andD.Kuehnlt(2004)."Determinationofarsenicspecies:Acriticalreviewofmethodsandapplications,2000-2003.〃Analyst129(5):373-395,在此以引證的方式將其全部內(nèi)容并入本文)。砷類[As(III)和As(V)]在天然水中的分布主要取決于氧化還原電位和pH值條件(Tallman，D.E.andA.U.Shaikh(1980)."RedoxStabilityofInorganicArsenic(III)andArsenic(V)inAqueous-Solution.〃AnalyticalChemistry52(1):197-199，以引證的方式將其全部內(nèi)容并入本文)。在天然水系統(tǒng)的氧化還原條件下，砷通?？砂l(fā)現(xiàn)處于氧化態(tài)和低氧化態(tài)(Pourbaix，M.(1966)AtlasofelectrochemicalEquilibriainAqueoussolutions,PergamonPress,Oxford,p.644，以引證的方式將其全部內(nèi)容并入本文)。零價金屬砷在水中是熱力學穩(wěn)定的，低價形式的砷通常存在于礦物固體如FeAsS(s)andFeAs2(s)中(Vink，B.W.(1996)."StabilityrelationsofantimonyandarseniccompoundsinthelightofrevisedandextendedEh-pHdiagrams."ChemicalGeology130(1-2):21-30，以引證的方式將其全部內(nèi)容并入本文)。在大多數(shù)地下水和表層水的pH值和氧化還原條件下，溶解的砷以As(V)(砷酸鹽)類型，H2As0jnHAs0廣，以及As(III)(亞砷酸鹽)類型，H3As03和H2As03的形式存在(Cullen，W.R.andK.L.Reimer(1989)."Arsenicspeciationintheenvironment."Chem.Rev.89:713-764;Farrell，L,,Wang，P.，0，Day,andM.Conklin(2001)."Electrochemicalandspectroscopicstudyofarsenateremovalfromwaterusingzero-valentironmedia."EnvironmentalScience&Technology35(10):2026-2032;Wang，L.，Yang，S.Hou,J.TanandH.Li，"Preventionofendemicarsenismwithselenium."Curr.ScL18(2001)9:1215—1218;在此以引證的方式將它們的全部內(nèi)容并入本文)。在氧化條件下，如表層水中常有的那些條件下，主要的類型是五價砷，它們主要分別以氧基陰離子形式H2As(V和HAs0,存在(Kartinen,E.0.andC.J.Martin(1995).〃Anoverviewofarsenicremovalprocesses."Desalination103(1-2):79-88，以引證的方式將它們的全部內(nèi)容并入本文)。另一方面，在溫和的還原條件(負極氧化/還原電位)，如大多數(shù)地下水中常有的那些條件下，As(ni)是熱力學穩(wěn)定的。經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在市政供應水通常的pH值范圍(pH6-9)內(nèi)，As(III)主要為砷酸(H3As03)的非離子形式(CullenandReimer1989;KartinenandMartin1995)。結果，As(III)并不與大多數(shù)的固體表面相互作用；因此，更難通過使用常規(guī)的處理方法如吸附法、沉淀法等除去砷。另一方面，在上述相同的pH值范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)As(V)主要為H2AS04和HAs0/—。該五價形式的As比As(III)更容易從水中除去。As是一種氧化還原敏感的元素；其行為(例如氧化還原轉變、溶解性/遷移率，清除性)可通過地球化學條件(例如特別是pH值和氧化還原電位)和微生物活性來控制。這可能會產(chǎn)生各種各樣的可隨環(huán)境的微小改變而變化的不穩(wěn)定的砷類型。為了確定用于補救決策的環(huán)境中砷的電位變化和危險，環(huán)境樣品的分析應該包括識別As的化學類型和計量存在的砷的總量以及存在的具體化學形式(無機和有機)(FrancesconiandKuehnelt2004;Gong,Z.，X.Lu，M.Ma，C.WattandX.C.Le(2002a)."Arsenicspeciationanalysis."Talanta58(1):77-96;Melamed，D.(2005)."Monitoringarsenicintheenvironment:areviewofscienceandtechnologieswiththepotentialforfieldmeasurements.〃AnalyticaChimicaActa532(1):1-13.在此以引證的方式將每篇前述參考文獻的全部內(nèi)容并入本文)。然而，必須小心確保在給定樣品中保存有砷類型(Bednar，A.J.，J.R.Garbarino，J.F.RanvilleandT.R.Wildeman(2002)."Preservingthedistributionofinorganicarsenicspeciesingroundwaterandacidminedrainagesamples."EnvironmentalScienceandTechnology36(10):2213-2218;McCleskey，R.B.，D.K.NordstromandA.S.Maest(2004)."Preservationofwatersamplesforarsenic(IIIIV)determinations:anevaluationoftheliteratureandnewanalyticalresults."AppliedGeochemistry19(7):995-1009.在此以引證的方式將每篇前述參考文獻的全部內(nèi)容并入本文)。在許多環(huán)境下，As(V)通常是去質子化為砷酸鹽陰離子(也就是H3AS04，H2As04—\和As(V3)，與主要保持在其中性形式如亞砷酸鹽(也就是FUS03)的As(III)含氧酸進行了相反。砷酸鹽、砷酸鹽陰離子和中性亞砷酸鹽構成了場分析實驗的主要目標。在經(jīng)污染的土壤中，無機砷酸鹽是主要的類型(Garcia-Manyes，S.5G.Jimenez,A.Padro，R.RubioandG.Rauret(2002).〃Arsenicspeciationincontaminatedsoils.〃Talanta58(1):97-109,在此以引證的方式將其全部內(nèi)容并入本文)。通常，砷酸鹽和其他As(V)的類型對地質學上可得到的表面、(通常為鐵氧化物)是穩(wěn)定的。(Matera，V.，I.Hecho，A.Laboudigue，P.Thomas,S.Tellier，etal.(2003)."AmethodologicalapproachfortheidentificationofarsenicbearingpHasesinpollutedsoils."EnvironmentalPollution126(1):51-64，在此以引證的方式將其全部內(nèi)容并入本文)。雖然As(V)類型可認為有相對低的危險，但細菌活動可容易地將它們轉變成更活潑且更有毒性的砷類型的形式(Macur,R.E_，C.R.Jackson,L.M.Botero，T.R.McDermottandW.P.Inske印(2004)."BacterialPopulationsAssociatedwiththeOxidationandReductionofArsenicinanUnsaturatedSoil.〃EnvironmentalScienceandTechnology38(1):104-11l，在此以引證的方式將其全部內(nèi)容并入本文)。地下水和土壤也包含有機砷種類單甲基砷酸、二甲基砷酸、三甲砷氧化物和三甲基砷，通常，有機砷化合物的毒性比它們相應的含氧酸的毒性低(Le;iX.C.，S.YalcinandM.Ma(2000).〃Speciationofsubmicrogramperliterlevelsofarsenicinwater:On-sitespeciesseparationintegratedwithsamplecollection.〃EnvironmentalScienceandTechnology34(11):2342-2347，以引證的方式將其全部內(nèi)容并入本文)，有機砷化合物通常發(fā)現(xiàn)有較低的濃度；然而，在適當?shù)臈l件下，可發(fā)現(xiàn)它們有非常高的濃度。例如，在淡水湖中，甲基化砷可占到砷總量的60%(Anderson,L.C.D.andK.W.Bruland(1991).〃Biogeochemistryofarsenicinnaturalwaters:theimportanceofmethylatedspecies."EnvironmentalScience&Technology25(3):420-427，以引證的方式將其全部內(nèi)容并入，)。相似的生物活動可以導致土壤或其他環(huán)境樣品中有機砷種類的濃度增加。也存在構成巖石、沉積物和天然水中相當大部分砷的砷硫種類(CullenandReimer1989),(Floroiu，R.M.，A.P.DavisandA.Torrents(2004)."KineticsandMechanismofAs2S3(am)DissolutionunderN2."EnvironmentalScienceandTechnology38(4):1031-1037;Wood,S.A.，C.D.TaitandD.R.Ja匿ky(2002)."ARamanspectroscopicstudyofaxseniteandthioarsenitespeciesinaqueoussolutionat25[deg]C.〃GeochemicalTransactions3:31-39，每篇上述的參考文獻的全部內(nèi)容以引證的方式并入本文)。有機砷和硫代砷化合物不太常見并認為其毒性比無機砷含氧酸毒性低，然而，它們構成了天然產(chǎn)生的砷的相當大的部分，從而應該在場測量和修正成果中作為目標。地下水含水層的全球規(guī)模的砷污染環(huán)境保護局(EPA)已經(jīng)設定了飲用水的砷標準為10ppb(0.01mg/L)，以保護由公共水系統(tǒng)供應的消費者免受長時間、慢性接觸到砷的傷害。要求到2006年1月23日水系統(tǒng)遵照該標準，對估計1300萬美國人提供額外的保護(EPA2006)。在許多國家中，WH0的0.01mg/L的臨時指標已經(jīng)被選定為標準。然而，許多國家已經(jīng)將先前的0.05mg/L的WH0指標保留下來作為國家標準或臨時指標。許多歐洲國家和日本已經(jīng)采用WHO臨時指標0.01mg/L作為它們的標準。目前建議的新標準值為0.005mg/L。飲用水中砷的國家標準仍是0.05mg/L的國家包括孟加拉國、中國和印度(來自http://www.who.int/water—sanitation—health/dwq/arsenic3/en/的Yamamura，S.，J.Bartram，M.Csanady,H.G.GorchevandA.Redekopp，(2006)，"DrinkingWaterGuidelinesandStandards",以引證的方式將其全部內(nèi)容并入本文)。世界各地許多大的蓄水層己經(jīng)被確認顯著污染，As濃度高于50ug/l，常常這樣顯著。最顯著的發(fā)生地是在阿根廷、孟加拉國、智利、中國北方、匈牙利、印度(孟加拉邦)、墨西哥、羅馬尼亞、臺灣(中國)的一部分和美國的許多地方(特別是西南部)。與地熱水相關的砷也已在一些區(qū)域報道了，包括來自阿根廷、日本、新西蘭、智利、堪察加半島、冰島、法國、多米尼加和美國一些地方的溫泉。在處于高砷濃度的人口方面，問題比例最大的在孟加拉盆地，超過4000萬的人口飲用含"過量"砷的水(Smedley，P.L.andD.G.Kinniburgh(2002).〃Areviewofthesource,behaviouranddistributionofarsenicinnatural-waters.〃AppliedGeochemistry17(5):517-568.來自http:〃www.who.int/water—sanitation—health/dwQ/arsenicunl.pdf(2006)的Smedley，P.L.andD.G.Kinniburgh,"Sourceandbehaviourofarsenicinnaturalwaters";在此以引證的方式將上述每篇文獻的全部內(nèi)容并入本文)。亞洲處于危險中的人口包括孟加拉國人(超過35,000,000)、中國人(內(nèi)蒙，新疆和陜西5，600，000;臺灣人10，000)、印度人(西孟加拉邦，5，000，000)、越南人(IO，000，000)(Ahmed,F.，K.MinnatullahandA.Talbi(2006).PaperIII.ArsenicMitigationTechnologiesinSouthandEastAsiaTowardaMoreEffectiveOperationalResponse.ArsenicContaminationinGroundWaterinSouthandEastAsianCountries,TheWorldBank.II.TechnicalReport.R印ortNo.31303，在此以引證的方式將其全部內(nèi)容并入本文)。砷減輕的經(jīng)濟學對現(xiàn)有的砷減輕替代方案的經(jīng)濟評估研究通常使用社會成本利益分析(CBA)框架。在該框架之下，如果它增加了社會福利，即其利益的當前值超過了其成本時，減輕替代方案認為是可行的。盡管能夠容易地確定減輕替代方案的成本，但評估相關的利益可能是相當有挑戰(zhàn)性的任務，因為利益通常是不容易貨幣化的無形產(chǎn)物，且流行病學的接觸-響應關系很少能確切得知。在最近的世界銀行研究中，認為難以采用"理想的"CBA框架的Kouridouri，使用了他創(chuàng)始為第N個最佳模型的更實際的方法來評價孟加拉國中大多數(shù)的砷減輕技術的社會凈效益(Koundouri,P.(2005)."TheEconomicsofArsenicMitigation."TowardsaMoreEffectiveOperationalResponse:ArsenicContaminationofGroundwaterinSouthandEastAsianCountries.2:TechnicalR印ort:210-262，在此以弓l用的方式將其全部內(nèi)容并入本文)。由于無法得到數(shù)據(jù)，不能評估所有的相關益處，他認為只有兩個相關人類健康的益處減少的職業(yè)性危險和公共衛(wèi)生危險。環(huán)境對生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性的影響顯然難以用貨幣估價，在他的第N個模型中并沒有考慮。降低的職業(yè)性危險通過估計節(jié)省的輸出生產(chǎn)率來得到，降低的公共健康危險通過估計先前的因接觸減少而獲得醫(yī)療費用來獲得。Koundouri強調，由于忽略了環(huán)保效益并且因為真實的醫(yī)療開支對治療砷相關疾病未必足夠，很可能將低估凈效益。在世界銀行研究中考慮了多種技術選擇挖井、收集雨水加挖井、收集雨水加深管井、深管井、淺管井、池塘沙子過濾、深開采井(通管)、蓄水(通管)和導流(通管)。研究作出結論(Koundouri,2005:p.251):除了當在10%的比例打折扣時收集雨水(+挖井)的選擇外，所有其他考慮的減輕技術在5%和10%的兩個折扣率的各級別的有效性下都是增加福利的(也就是說，它們通過了成本利益分析)。然而，當打折在15%的比例時，許多減輕技術在低于100%的有效性下不能通過CBA。此外，收集雨水(加挖井)和收集雨水(加深管井)即使在100%有效性時也是不增加福利的。該結果表明，人們需要仔細的評估實施了什么樣的減輕措施以及能夠使用任何的減輕技術是不正確的。2000年進行的分析對將社區(qū)水系統(tǒng)中的砷量降低到10"g/L的美國EPA研究也表明，在折扣率3%下，凈效益范圍從17.3百萬美元到40.8百萬美元，對于7%的整個評估范圍來說凈效益是負的。這兩種研究指出了以下事實，現(xiàn)有的減輕砷污染的技術并不能像預期的那樣確實是增加福利的，特別是在較低數(shù)量的有效性下。本文所述的組合物和方法涉及更有效、成本更低、更輕便、更容易使用的方式來從水中除去砷?，F(xiàn)有的補救技術/方法理想的系統(tǒng)應該滿足幾個要求(1)允許粒子包裝的足夠的強度和大的表面積；(2)有效除去As(v)和As(III);(3)長耐久性，高容量和選擇性、高吸附性；(4)在水中高的物理強度(不分解)；(5)低成本，易維護；(6)高多孔率所產(chǎn)生的短的滯水時間；(7)處理安全；(8)有限的影響水質的次生問題。在常規(guī)的處理工廠中有多種可用于從水中除去砷的方法。從水中除去砷的最常用的方法已經(jīng)描述在下列文獻中(Ahmed，Minnatullahetal.2006;Cheng，R.C.，H.C.WangandM.D.Beuhler(1994)."EnhancedCoagulationforArsenicRemoval.〃JournalAmericanWaterWorksAssociation86(9):79-90;Hering，J.G.，P-Y.Chen，J.A.WilkieandM.Elimelech(1997)."Arsenicremovalfromdrinkingwaterduringcoagulation.〃JournalofEnvironmentalEngineering—Asce123(8):800-807;Hering，J.G.，P.Y.Chen，J.A.Wilkie,M.ElimelechandS.Liang(1996)."Arsenicremovalbyferricchloride.〃JournalAmericanWaterWorksAssociation88(4):155-167，在此以引證的方式將上述每篇參考文獻的全部內(nèi)容并入本文)。不同工藝在成本和工業(yè)效用上的對照可在Ahmed等人最新的評論中找到(Ahmed,Minnatullahetal.2006)。根據(jù)Ahmed等人，最常用的砷去除技術可分成以下四種(a)氧化和沉淀法；(b)凝聚和過濾法；(C)吸附過濾法；(d)膜過濾法。對于通過大多數(shù)處理方法從地下水中有效除去砷來說，As(IW)和As(V)的氧化是必需的。氧化過程主要是將不帶電的亞砷酸鹽轉化成可容易地從水中除去的帶電的砷酸鹽。在凝聚過程中，砷通過三種機理從溶液中除去沉淀、共沉淀和吸收。在吸附過濾法中，吸附介質(活性氧化鋁、活性碳、涂敷鐵的砂等)可用作吸附砷的氧化劑。砷可通過具有適合除去砷的孔徑的合成膜而除去。表I比較了主要的除砷技術。不幸地是，這些技術中沒有一種技術目前能夠滿足所有上述的八個標準。表I主要的現(xiàn)有除砷技術的對照方法主要機理優(yōu)點缺點(D);競爭性因子(C):廢物處理(W)零價鐵砷的除去主要歸功于吸附在通過溶解氧來氧化鐵(o價)而產(chǎn)生的氫氧化鐵上(Korfiatis等人2005)對低pH值是高度有效的，對于原位處理和水溶液注入是良好的由于反應依賴于腐蝕，pH值必須小于7。鐵浸出液，毒性淤泥和鐵粉難于分離；(C)硅酸鹽和碳酸鹽影響砷的去除速度絮凝/過濾:通過向污染的水中加入絮凝劑如明砜、氯化鐵、或硫酸鐵，可除去大量的砷。如果砷作為亞砷酸鹽存在，應該首先使用氯氣、錳酸鹽、氧或其它氧化劑氧化水(Johnston,Heijnen等人2001)易于直接應用；效率在95%-90%左右(D)不是非常有效。硅酸鹽和磷酸鹽極大地降低了去除速度。它能產(chǎn)生大量的污泥。(C)硅酸鹽和磷酸鹽極大地降低了去除速度(Bang,Korfiatis等人，2005)<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>涂敷鐵的陶瓷粒子(ICPG.MicroNose)圖1顯示了用于進行各種方法或工藝的組合物實施方案之一。圖la和b分別顯示了涂敷鐵的陶瓷粒子(ICPG.MicroNoseTM)和ICPG的孔的掃描電子照片。ICPG由涂敷有鐵的高孔隙率的陶瓷制成。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案公開了制備ICPG的方法。在如下文詳細公開的一些實施方案中，ICPG的介質系統(tǒng)可用于從流體中除去污染物。當ICPG接觸流體如水并經(jīng)歷再水合處理時，它會形成Fe-Si復合物。該ICPG的Fe-Si復合物是硅膠，其能夠吸附砷和重金屬離子。通過對用作過濾介質之前和之后ICPG的SEM圖像(圖lc和d)進行比較，表明反應和吸附不僅發(fā)生在顆粒的表面上，而且擴展到每個顆粒中開放通道的表面上。初步研究表明，沒有涂敷鐵(0價)的陶瓷粒子能夠除去As，但僅能持續(xù)較短的時間(2-3小時)，而那些涂敷有鐵(0價)的粒子能夠在整個延長周期內(nèi)保持除去效率。未涂敷粒子的砷吸收容量僅是0.8mg/L，為ICPG吸收容量的1%。這些簡單試驗表明，陶瓷粒子的鐵(0價)涂層在從水中除去砷方面具有重要的作用。最近發(fā)現(xiàn)零價鐵對于從地下水中除去砷極有希望(Farrell，L.，L.Wang，P.0'DayandM.Conklin(2001)."Electrochemicalandspectroscopicstudy,ofarsenateremovalfromwaterusingzero-valentironmedia.〃EnvironmentalScience&Technology35(10):2026-2032;Lackovic，丄A.,N.P.NikolaidisandG.M.Dobbs(2000)."Inorganicarsenicremovalbyzero-valentiron."EnvironmentalEngineeringScience17(1):29-39;Leupin，0.X.andS.J.Hug(2005)."Oxidationandremovalofarsenic(III)fromaeratedgroundwaterbyfiltrationthroughsandandzero-valentiron.〃WaterResearch39(9):1729-1740;Manning,B.A.,M.L.Hunt,C.AmrheinandLA.Yarmoff(2002).〃Arsenic(in)andArsenic(V)reactionswithzerovalentironcorrosionproducts."EnvironmentalScience&Technology36(24):5455-5461.在此以引證的方式將上述每篇文獻的全部內(nèi)容并入本文)。有人提出，砷去除的機理包括作為鐵(0價)腐蝕反應的結果，As(III)和As(V)吸附在原位形成的氧化鐵上(例如Kanel，S.R.，B.Manning,L.CharletandH.Choi(2005)."Removalofarsenic(III)fromgroundwaterbynarioscalezero-valentiron."EnvironmentalScience&Technology39(5);1291-1298;Farrell,Wangetal.2001;Lackovic，Nikolaidisetal.2000;Su，C.andR.W.Puis(2001)."Arsenateandarseniteremovalbyzerovalentiron:Kinetics,redoxtransformation,andimplicationsforinsitugroundwalerremediation."EnvironmentalScienceandTechnology35(7):1487-1492。在此以引證的方式將上述每篇文獻的全部內(nèi)容并入本文)。同樣也表明，水中溶解氧的數(shù)量也在除去過程中起著同等重要的作用(例如Bang,S.，G.P.KorfiatisandX.G.Meng(2005).〃Removalofarsenicfromwaterbyzero-valentiron.〃JournalofHazardousMaterials121(1-3):61-67，以引證的方式將其全部內(nèi)容并入本文中)。ICPG系統(tǒng)的高效率不需要將氧泵送到系統(tǒng)中。這表明通過ICPG從水中除去砷的機理不同于用純鐵(O價)的機理。在正常pH值下，與對于0.22ppm砷溶液鐵屑的EBCT為3.2分鐘相比，對0.85卯m砷溶液ICPG系統(tǒng)的EBCT為5.5分鐘(Bang,S.，M.D.Johnson,G.P.KorfiatisandX.G.Meng(2005).〃Chemicalreactionsbetweenarsenicandzero-valentironinwater.〃WaterResearch39(5):763-770;Bang,S.，G.P.KorfiatisandX.G.Meng(2005)."Removalofarsenicfromwaterbyzero-valentiron,"JournalofHazardousMaterials121(1-3):61-67。在此以弓l證的方式將上述每篇文獻的全部內(nèi)容并入本文)。因此，ICPG系統(tǒng)的效率/EBCT比值為0.85/5.5=0.155，比鐵屑/EBCT的比值(O.22/3.2=0.069)高2.2倍。此外，砷吸附后，鐵屑系統(tǒng)需要使用砂濾器(Bang,Korfiatis等人，2005)在短的EBCT來從處理后的水中除去含砷的鐵氧化物和氫氧化物，同時保持高的氧溶解性和中性的pH值。相反，在ICPG系統(tǒng)中，吸附的砷似乎不解吸回到水中，被強烈地結合到ICPG上。應該注意到，純鐵(0價)系統(tǒng)除去砷的效率強烈地依賴于pH值，而ICPG體系pH值對砷除去的速度影響很小。當用于水處理廠時，純鐵粉方法的使用會產(chǎn)生液體/固體的分離問題。此外，需要兩個步驟來恢復中性的pH值和除去過量的鐵。在天然和實驗室條件下，通過形成硅酸鐵如綠脫石、亞氯酸鐵/紋石和蒙脫石顯示了鐵(III)和硅之間的強烈的化學親合性(例如(Bailey,S.W.(1988).〃0dinite，anewdioctahedral-trioctahedralFe-rich1:1claymineral.〃ClayMinerals23(3):237-247;Decarreau，A.，D.Bonnin，D.Badaut-TrauthandR.Couty(1987).〃SynthesisandcrystallogenesisofferricsmectitebyevolutionofSi-Fecoprecipitatesinoxidizingconditions."ClayMinerals22(2):207-223，以及其中的文獻，在此以引證的方式將上述每篇文獻的全部內(nèi)容并入本文)。溶液中氧化硅的存在顯著影響了Fe(III)的水解和沉淀(Vempati，R.K.andR.H.Loeppert(1989)."InfluenceofstructuralandadsorbedSionthetmnsformationofsyntheticferrihydrite."ClaysandClayMinerals37(3):273-279，在此以引證的方式將其全部內(nèi)容并入本文)。Fe-Si復合物的形成及它們對砷除去的影響己經(jīng)公開在文獻中(Pokrovski，G.S.,J.Schott，F(xiàn).Gargesand丄LHazemann(2003)."Iron(III)-silicainteractionsinaqueoussolution:InsightsfromX-rayabsorptionfinestructurespectroscopy.〃GeochimicaEtCosmochimicaActa67(19):3559-3573;SwedlundP.J.andWebsterJ.G.(1999)"Adsorptionandpolymerizationofsilicicacidonferrihydrite,anditseffectonarsenicadsorption,〃WaterResearch33(1999)，pp.3413-3422;Zeng，L.(2003).〃Amethodforpr印aringsilica-containingiron(III)oxideadsorbentsforarsenicremoval."WaterResearch37(18):4351-4358;Zheng，L.(2004).〃ArsenicadsorptionfromaqueoussolutionsonanFe(III)-Sibinaryoxideadsorbent.〃WaterQualityResearchJournalofCanada39(3):267-2755Zhang，F(xiàn).S.andH.Itoh(2005)."Ironoxide-loadedslagforarsenicremovalfromaqueoussystem."ChemospHere60(3):319-325。在此以引證的方式將上述每篇文獻的全部內(nèi)容并入本文)。人們發(fā)現(xiàn)，含有Fe-Si表面復合物的鐵(ni)氧化物負載型熔渣(IOLMS)的有效性至少2.5倍于含F(xiàn)e00H的那些物質的有效性(ZhangandItoh2005)。在一些實施方案中，ICPG優(yōu)選由多孔的、大表面積的陶瓷粒子制成。通過尺寸分級，篩分并選擇陶瓷粒子用于鐵涂層。該選定的陶瓷粒子重新水合并與涂敷鐵。最后，將涂敷的陶瓷粒子重新燒制以獲得ICPG。可用于制備ICPG的多孔、大表面陶瓷粒子并不能市購到。適于制備ICPG的多孔、大表面陶瓷粒子的制備方法例如包括混合粘土、碳源材料和孔隙率控制性化合物以獲得混合物，并在缺氧室中在600-63(TC下燒制混合物。在一些實施方案中，首先干法混合粘土和碳源材料，然后將孔隙率控制性化合物逐漸噴射到干混合物中，從而形成濕混合物，燒制該濕混合物以形成多孔陶瓷粒子。在燒制過程中，形成揮發(fā)組合物的碳源和孔隙率控制性化合物在獲得的陶瓷粒子中形成孔。在一些實施方案中，多孔陶瓷粒子通過將10kg粘土粉與5kg面粉(或淀粉)干法混合5-10分鐘混合得到。將1加侖的液體蠟與1加侖的水混合。通過向干混合物中噴射而將該水-蠟混合物逐漸加入到粘土粉和面粉的干混合物中，同時不斷地混合粘土-面粉混合物20分鐘，從而獲得了濕粒子混合物。粒子混合器可用來混合該混合物，同時加入水-蠟混合物。將濕粒子混合物放置在置于爐窯內(nèi)的鐵瓶中。陶瓷粒子的陶瓷粒子燒制工藝實例總結在表II中。在缺氧條件下將粒子混合物于ll(TC(23(TF)燒制2小時。隨后，以194。F/小時的加熱速度將爐窯加熱到630°C(1166°F)并保溫3小時。然后將爐窯冷卻。一旦爐窯冷卻，就可準備將多孔陶瓷粒子用于制造ICPG。表II:多孔陶瓷粒子的煅燒和溫度控制<table>tableseeoriginaldocumentpage0</column></row><table>首先將干粉形態(tài)的粘土與可以是面粉或淀粉的碳源材料混合形成干混合物。通常，將粘土和碳源材料干法混合約1-20分鐘來混合。在一些實施方案中，粘土和碳源材料干混約l、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20分鐘來混合。在一些實施方案中，粘土和碳源材料干法混合約5-IO分鐘。用于混合粘土和碳源材料的造粒器可在陶瓷行業(yè)中市購。用于本發(fā)明的混合器例如可以是圓混合器。粘土占總的干混合物的30-90%。在一些實施方案中，粘土占總的干混合物的約30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89或90%。在一些實施方案中，粘土占總的干混合物的約67%。碳源材料可占干混合物的10-70%。在一些實施方案中，碳源材料可占干混合物的約10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69或70%。在一些實施方案中，碳源材料可占干混合物的約33%。用于本發(fā)明的粘土例如包括(但不限制)高嶺土、蒙脫土/蒙脫石、紅粘土和摩爾粘土(molarclay)。高嶺土例如包括陶土、地開土和珍珠陶土。蒙脫土/蒙脫石例如包括葉蠟石、滑石、蛭石、鋅蒙脫石(sacuonite)、皂石、綠脫石和蒙脫土。用于本發(fā)明的粘土例如可以是市購的干粉形態(tài)。用于本發(fā)明的碳源材料例如包括(但不限制)碳水化合物，實例有糖如乳糖、果糖或蔗糖，乳清粉、面粉、小麥粉、米粉、玉米粉、燕麥麩、白糖、紅糖、玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、其它淀粉、木粉和椰子殼粉。在一些實施方案中，碳源是面粉。這種碳源可廣泛市購。用于本發(fā)明的孔隙率控制性化合物例如包括(但不限制)液體蠟、蜂蠟、動物脂肪、油類例如玉米油、橄欖油及其他蔬菜和植物油類以及石蠟。在一些實施方案中，為了制備多孔陶瓷粒子，將孔隙率控制性化合物與水混合，然后常規(guī)攪拌地噴射到粘土和碳源的干混合物中。在一些實施方案中，對于每15kg的干混合物使用約l加侖的孔隙率控制性化合物。例如對于每15kg的干混合物，使用的孔隙率控制性化合物的數(shù)量可以是約0.50-1.5加侖。在一些實施方案中，對于每15kg的干混合物，孔隙率控制性化合物的數(shù)量約0.50、0.55、0,60、0.65、0.70、0.75、0.80、0.85、0.90、0.95、1.0、1.05、1.10、1.15、1.20、1.25、1.30、1.35、1.40、1.45或1.50加侖。在一些實施方案中，在加入到干混合物之前，將孔隙率控制性化合物與等體積的水混合。例如在加入到干混合物之間，可將孔隙率控制性化合物與約0-2體積的水混合。在一些實施方案中，加入到孔隙率控制性化合物中的水的數(shù)量約0、.5、.55、.6、.65、.7、.75、.8、.85、.9、.95、1、1.05、1.1、1.15、1.2、1.25、1.3、1.35、1.4、1.45、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2.0體積。對孔隙率控制性化合物加入到粘土和碳源干混合物后獲得的濕粒子混合物進行燒制以制備多孔陶瓷粒子。在一些實施方案中，燒制期間將濕粒子混合物放置到耐熱容器中。在一些實施方案中，耐熱容器是鐵桶。燒制過程使用了具有可自動控制燒制過程的普通陶瓷爐。在一些實施方案中，使用了具有自動燒制和溫度控制以及工業(yè)篩的圓錐IO爐窯。燒制過程存在兩個加熱周期或加熱階段。第一加熱周期可以是約80-15(TC的約1-3小時長。在一實施方案中，第一加熱周期是110。C(230。F)約2小時。第一加熱周期的溫度例如是80、90、100、110、120、130、140或150。C。第一加熱周期例如是60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175或180分鐘長。第二加熱周期例如可以是約500-70(TC下約1-5小時長。在一些實施方案中，第二加熱周期是l、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5小時長。在一些實施方案中，第二加熱周期的溫度例如可以是500、550、560、570、580、590、600、610、620、630、640、650、660、670、680、690或700。C。加熱速度例如是170-210。F/小時。在一些實施方案中，加熱速度是170、171、172、173、174、175、176、177、178、179、180、181、182、183、184、185、186、187、188、189、190、191、192、193、194、195、196、197、198、199、200、201、202、203、204、205、206、207、208、209或210。在一些實施方案中，第二加熱周期在63(TC(1166。F)約3小時長，且加熱速率為194°F/小時。用于陶瓷粒子的陶瓷粒子燒制工藝的實例總結在上面的表II中。該燒制工藝控制在缺氧條件下。這使得碳保持在粘土粒子中并防止形成二氧化碳。剩余的碳為粒子創(chuàng)造了大的表面積。在一些實施方案中，通過自動控制爐窯對燒制工藝預編程。在燒制完成后，然后爐窯冷卻下來。一旦爐窯冷卻下來，多孔陶瓷粒子就可用于制造ICPG。多孔陶瓷粒子的孔隙率例如是40-85%。在一些實施方案中，多孔陶瓷粒子的孔隙率為40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84或85%。用于多孔陶瓷粒子的制造方法也可建成工業(yè)生產(chǎn)線。例如使用多層的各種大小的網(wǎng)篩如40目、16目、8目、6目可進行多孔陶瓷粒子的篩分和粒選。在一些實施方案中，粒子分級用的篩分設備具有40目、16目、8目、6目的網(wǎng)篩。在一些實施方案中，網(wǎng)篩是4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50目。在一些實施方案中，粒子分類用的篩分設備具有40目、16目、8目、6目的網(wǎng)篩。這提供了尺寸在40-16目、16-8目、8-6目的粒子。所用的目是美國網(wǎng)篩尺寸標準。用于陶瓷粒子選擇的篩分設備是市購的。一但多孔陶瓷粒子篩分尺寸后，將它們再水合化。因為再水合后粒子容易變得粘稠或粘滯，所以優(yōu)選在粒子在圓混合器中混合時，通過將水噴射到它們上來逐漸進行再水合。l-20%w/w的水可用于涂敷粒子。在一些實施方案中，2-3y。w/w的水用于再水合粒子。在一些實施方案中，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20呢w/w的水用于再水合粒子。在一些實施方案中，將10kg多孔陶瓷粒子通過噴射1L的水到粒子上進行再水合，同時在運轉的混合器中攪拌粒子。在一些實施方案中，將陶瓷粒子放置在混合器中并在攪拌的同時用10%w/w水噴射，混合15分鐘以再水合。鐵粉逐漸地加入到再水合粒子來涂敷它們。鐵粉逐漸的加入提供了平坦的涂層。鐵粉在不變的混合速度下經(jīng)l、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30分鐘加入到粒子中。在一些實施方案中，鐵粉的加入在不變的混合速度下進行約15分鐘。用于本發(fā)明的鐵粉例如但不限制于氧化鐵、零價鐵粉、非氧化物零價鐵、還原鐵粉、鐵含量超過98%的鐵粉和純鐵粉。零價鐵可在全世界買到且在工業(yè)中是普遍知曉的。例如，零價鐵粉市購自多個美國公司，包括Capture公司、GlobalMaterial公司和ArtisTechnologies公司。涂敷鐵的粒子可根據(jù)上述多孔陶瓷粒子的燒制方法重新燒制。在該燒制過程中形成Fe-Si固相表面復合物，通過燒制過程粒子的強度提高。這是再混合的陶瓷的特性。在一些實施方案中，ICPG的粒徑小于2.36mm。在一些實施方案中，孔隙率為75-80%且預涂敷和涂敷后介質的比表面積分別212m2/g和40mVg。在一些實施方案中，ICPG的(40%ICPG和60%水)pH值為7.1。ICPG的孔隙率可以但例如不限制于35-85%之間。在一些實施方案中，孔隙率可以是約35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84或85%。在優(yōu)選的實施方案中，孔隙率為約78%，預涂敷的介質和后涂敷的介質的比表面積例如分別為212m7g和40m7g。本文所用的孔隙率定義為體積/重量比(cc/g)，意味著每克粒子孔的體積。例如預涂敷的介質和后涂敷的介質的比表面積分別為150m2/g-3002m/g和20m7g-80m2/g。在一些實施方案中，預涂敷的介質的比表面積可以是約150、151、152、153、154、155、156、157、158、159、160、161、162、163、164、165、166、167、168、169、170、171、172、173、174、175、176、177、178、179、180、181、182、183、184、185、186、187、188、189、190、191、192、193、194、195、196、197、198、199、200、201、202、203、204、205、206、207、208、209、210、211、212、213、214、215、216、217、218、219、220、221、222、223、224、225、226、227、228、229、230、231、232、233、234、235、236、237、238、239、240、241、242、243、244、245、246、247、248、249、250、251、252、253、254、255、256、257、258、259、260、261、262、263、264、265、266、267、268、269、270、271、272、273、274、275、276、277、278、279、280、281、282、283、284、285、286、287、288、289、290、291、292、293、294、295、296、297、298、299或300m'7g。在一些實施方案中，后涂敷的介質的比表面積可以分別是約10、11、12、13、14、15、ie>、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32:、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、;、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79或E〗0m7g。在--些實施方案中，預涂敷的介質和后涂敷的介質的比表面積分別為212mVg和40mVg。這些性能使ICPG成為一種透過性好的吸附介質。在一些實施方案中，ICPG(40%ICPG和60%水)的pH值約為4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7,8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10,1、10.2、10.3、10,4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9或11。在一些實施方案中，ICPG的pH值是7丄在一些實施方案中，ICPG粒子直徑約為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1,0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9或3.0mm。在另一實施方案中，ICPG粒子的直徑在1.0-2.36mm之間。在優(yōu)選的實施方案中，ICPG粒子直徑小于2.36mm。ICPG含有多個尺寸約10-20um的孔。在一些實施方案中，孔徑可以是約9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20um。在一些實施方案中，總孔體積可以是約0.10cc/g-1.0cc/g。在一些實施方案中，總孔體積可以是約0.28cc/g。在一些實施方案中，總孔體積約為0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.20、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.30、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39、0.40、0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48、0.49、0.50、0.51、0.52、0.53、0.54、0.55、0.56、0.57、0.58、0.59、0.60、0.61、0.62、0.63、0.64、0.65、0.66、0.67、0.68、0.69、0.70、0.71、0.72、0.73、0.74、0.75、0.76、0.77、0.78、0.79、0.80、0.81、0.82、0.83、0,84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89、0.90、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95、0.96、0.97、0.98、0.99或1.0cc/g。ICPG粒子是可透過水的。在ICPG粒子的表面，鐵和粘土形成粗糙的Fe-Si復合表面結構，那里可吸收砷離子和重金屬離子。在砷和/或重金屬吸附后，表面結構更加平滑(圖ld)。在介質的表面和介質中孔的內(nèi)表面上發(fā)生水的流動和砷的吸附。在一些實施方案中，如下文更詳細說明的，堿性ICPG介質體系可用于從液體中除去污染物。在一些實施方案中，污染物是砷。在一些實施方案中，污染物是As(III)。在一些實施方案中，污染物是As(V)。在另一實施方案中，污染物是重金屬。在一些實施方案中，污染物是重金屬的組合物或混合物。本文所用的術語"金屬"指代但不限制于包括在元素周期表組3到13的元素。因此，術語"金屬"廣義地指代所有的金屬元素，包括準金屬、組13的元素和鑭系元素。適用于本發(fā)明的具體金屬包括例如但不限制于鋁(Al)、銻(Sb)、砷(As)、鋇(Ba)、鎘(Cd)、鈷(Co)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鉛(Pb)、汞(Hg)、錳(Mn)、鉬(Mo)、鎳(Ni)、硒(Se)、硅(Si)、銀(Ag)、錫(Sn)、鈦(Ti)、釩(V)和鋅(Zn)。本文所用的術語"金屬"也指代其金屬/金屬離子，其金屬的鹽。在一些實施方案中，污染物在液體中存在量約300ppb或更低。污染物的除去速度隨接觸時間而變化。在一些實施方案中，對于15分鐘的接觸時間，純水溶液的除去率為99.9%。在一些實施方案中，污染物在液體中存在量約50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490或500ppb。在ICPG表面上，鐵和粘土基底形成粗糙的表面結構，那里可吸附砷離子和重金屬離子。由于低溫燒制的粘土的再水合性能，在砷和/或重金屬吸附期間，隨著大范圍的流動，表面結構多少有些平滑(圖ld)。砷和/或重金屬吸附發(fā)生在介質的表面上，大體上包括了介質粒子中孔的內(nèi)表面積。圖lc-ld比較了放大率1000下未用的ICPG表面與用過的(通過砷和/或重金屬吸附)ICPG的拓撲特征。ICPG對As(III)的吸附容量例如在5mg/g-40mg/g。在一些實施方案中，在PH值為4.0、7.0和10時，ICPG對As(III)的吸附容量分別為12.5mg/g、19.8mg/g和27.lmg/g。ICPG對As(III)的吸附容量例如在5.0-50mg/g。在一些實施方案中，ICPG對As"ni)的吸附容il約為5.0、5.1、5.2、5,3、5.4、5.5、,5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、,6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7,7、7.8、7.9、8.0、8.1、,8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、,9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13.0、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9、14.0、14.1、14.2、14.3、14.4、14.5、14.6、14.7、14.8、14.9、15.0、15.1、15.2、15.3、15.4、15.5、15.6、15.7、15.8、15,9、16.0、16.1、16.2、16.3、16.5、16.6、16.7、16.8、16.9、17.0、17.1、17.2、17.3、17.5、17.6、17.7、17.8、17.9、18.1、18.2、18.3、18.5、18.6、18.7、18.8、18.9、19.0、19.1、19.2、19.3、19.5、19.6、19.7、19.8、19.9、20.0、20.1、20.2、20.3、20.4、20.5、20.6、20.7、20.8、20.9、21.0、21.1、21.2、21.3、21.4、21.5、21.6、21.7、21.8、21.9、22.0、22.1、22.2、22.3、22.4、22.5、22.6、22.7、22.8、22.9、23.0、23.1、23.2、23.3、23.4、23.5、23.6、23.7、23.8、23.9、24.0、24.1、24.2、24.3、24.4、24.5、24.6、24.7、24.8、24.9、25.0、25.1、25.2、25.3、25.4、25.5、25.6、25.7、25.8、25.9、26.0、26.1、26.2、26.3、26.5、26.6、26.7、26.8、26.9、27.0、27.1、27.2、27.3、27.5、27.6、27.7、27.8、27.9、28.1、28.2、28.3、28.5、28.6、28.7、28.8、28.9、29.0、29.1、29.2、29.3、29.5、29.6、29.7、29.8、29.9、30.0、30.1、30.2、30.3、30.4、30.5、30.6、30.7、30.8、30.9、31.0、31.1、31.2、31.3、31.4、31.5、31.6、31.7、31.8、31.9、32.0、32.1、32.2、32.3、32.4、32.5、32.6、32.7、32.8、32.9、33.0、33.1、33.2、33.3、33.4、33.5、33.6、33.7、33.8、33.9、34.0、34.1、34.2、34.3、34.4、34.5、34.6、34.7、34.8、34.9、35.0、35.1、35.2、35.3、35.4、35.5、35.6、35.7、35.8、35.9、36.0、36.1、36.2、36.3、36.5、36.6、36.7、36.8、36.9、37.0、37.1、37.2、37.3、37.5、37.6、37.7、37.8、37.9、38.1、38.2、38.3、38.5、38.6、38.7、38.8、38.9、39.0、39.1、39.2、39.3、39.5、39.6、39.7、39.8、39.9、40.0、40.1、40,2、40.3、40.4、40.5、40.6、40.7、肌8、40.9、41.0、41.1、41.2、41.3、41.4、41.5、41.6、41.7、41.8、41.9、42.0、42.1、42.2、42.3、42.4、42.5、42.6、42,7、42,8、42.9、43.0、43.1、43.2、43.3、43.4、43.5、43.6、43.7、43.8、43.9、44.0、44.1、44.2、44.3、44.4、44.5、44.6、44.7、44.8、44.9、45.0、45.1、45.2、45.3、45.4、45.5、45.6、45.7、45.8、45.9、46.0、46.1、46.2、46.3、46.5、46.6、46.7、46.8、46.9、47.0、47.1、47.2、47.3、47.5、47.6、47.7、47,8、47.9、48.1、48.2、48.3、48.5、48.6、48.7、48.8、48.9、49.0、49.1、49.2、49.3、49.5、49.6、49.7、49.8、49.9或50.0mg/g。ICPG對As(V)的吸附容量例如在10mg/g-80mg/g。在一些實施方案中，在pH值為4.0、7.0和10時，ICPG對As(V)的吸附容量分別為41mg/g、32mg/g和21mg/g。ICPG對As(V)的吸附容量例如在5.0-50mg/g之間。在一些實施方案中，ICPG對As(V)的吸附容量為5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、]lo.o、10.1、10,2110.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、ii.1、ll-2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0、12.1、12.2、lZ.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13.0、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9、14.0、14.1、14.2、14.3、14.4、14.5、14.6、14.7、14.8、14.9、15.0、15.1、15.2、15.3、15.4、15.5、15.6、15.7、15.8、15.9、16.0、16.1、16.2、16.3、16.5、16.6、16.7、16.8、16.9、17.0、17.1、17.2、17.3、17.5、17.6、17.7、17.8、17.9、18.1、18.2、18.3、18.5、18.6、18.7、18.8、18.9、19.0、19.1、19.2、19.3、19.5、19.6、19.7、19.8、19.9、20.0、20.1、20.2、20.3、20.4、20.5、20.6、20.7、20.8、20.9、21.0、21.1、21.2.21.3、21.4、21.5、21.6、21.7、21.8、21.9、22.0、22.1、22.2、22.3、22.4、22.5、22.6、22.7、22,8、22.9、23.0、23.1、23.2、23.3、23.4、23.5、23.6、23.7、23.8、23.9、24.0、24.1、24.2、24.3、24.4、24.5、24.6、24.7、24.8、24.9、25.0、25.1、25.2、25.3、25.4、25.5、25.6、25.7、25.8、25.9、26.0、26.1、26.2,26.3、26.5、26.6、26.7、26.8、26.9、27.0、27.1、27.2、27.3、27.5、27.6、27.7、27.8、27.9、28.1、28.2、28.3、28.5、28.6、28.7、28.8-28.9、29.0、29.1、29.2、29.3、29.5、29.6、29.7、29.8、29.9、30.0、30.1、30.2、30.3、30.4、30.5、30.6、30.7、30,8、30.9、31.0、31.1、31.2、31.3、31.4、31.5、31.6、31.7、31.8、31.9、32.0、32.1、32.2、32.3、32.4、32.5、32.6、32.7、32.8、32.9、33.0、33.1、33.2、33.3、33.4、33.5、33.6、33.7、33.8、33.9、34.0、34.1、34.2、34.3、34.4、34.5、34.6、34.7、34.8、34.9、35.0、35.1、35.2、35.3、35.4、35.5、35.6、35.7、35.8、35.9、36.0、36.1、36.2、36.3、36.5、36.6、36.7、36.8、36.9、37.0、37.1、37.2、37.3、37.5、37.6、37.7、37.8、37.9、38.1、38.2、38.3、38.5、38.6、38.7、38.8、38.9、39.0、39.1、39.2、39.3、39.5、39.6、39.7、39.8、39.9、40.0、40.1、40,2、40.3、40.4、40.5、40.6、40.7、40.8、40.9、41.0、41.1、41.2、41.3、41.4、41.5、41.6、41.7、41.8、41.9、42.0、42.1、42.2、42.3、42.4、42.5、42.6、42.7、42.8、42.9、43.0、43.1、43,2、43.3、43.4、43.5、43.6、43.7、43.8、43.9、44.0、44.1、44.2、44.3、44.4、44.5、44.6、44.7、44.8、44.9、45.0、45.1、45.2、45.3、45.4、45.5、45.6、45.7、45.8、45.9、46.0、46.1、46.2、46.3、46.5、46.6、46.7、46.8、46.9、47.0、47.1、47.2、47.3、47.5、47.6、47.7、47.8、47.9、48.1、48.2、48.3、48.5、48.6、48.7、48.8、48.9、49.0、49.1、49.2、49.3、49.5、49.6、49.7、49.8、49.9或50.0mg/g'在一些實施方案中，公開的砷和/或重金屬除去的機理是基于物理吸附過程的。它并不使用基于化學的過程。己經(jīng)表明通常為Fe0Si(0H)3形式的Fe-Si表面復合物(Swedlund和Webster、1999)對砷酸鹽和亞砷酸鹽都具有大的吸附容量。這些傳統(tǒng)上使用了液相表面復合物。他們使用了FeOOH和H4Si04來形成在pH值2-10的寬范圍內(nèi)吸附亞砷酸鹽和砷酸鹽的表面復合物(LeZeng、2003、ZhangandItoh、2005)。當使用該方法時，在許多天然地下水中存在的硅酸鹽的高濃度使Fe-Si復合物表面不可控制。此外，硅酸鹽離子的形成與砷和/或重金屬吸附進行競爭。這一不穩(wěn)定性使得在液體或凝膠介質中Fe-Si表面復合物制備的控制非常困難。如果Fe-Si復合物在固相介質中制備時，解決了這些不穩(wěn)定問題。本發(fā)明的鐵涂覆陶瓷粒子(ICPG)介質產(chǎn)生了對砷和/或重金屬吸附的穩(wěn)定的Fe-Si表面復合物并且是固相介質(圖2)。在一些實施方案中，可連同ICPG使用過濾器來純化水。該過濾器包括能容納ICPG介質的任何類型的容器。優(yōu)選過濾器包括圓筒柱。通常的過濾器的空容積例如約為10-5000L。在一些實施方案中，過濾器的空容積為10、50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950、1000、1050、1100、1150、1200、1250、1300、1350、1400、1450、1500、1550、1600、1650、1700、1750、1800、1850、1900、1950、2000、2500、3000、3500、4000、4500或5000L。在一些實施方案中，過濾器的空容積約為1.2L。該過濾器充有例如100-900g的ICPG介質。在一些實施方案中，該過濾器充有約100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、510、520、530、540、550、560、570、580、590、600、610、620、630、640、650、660、670、680、690、700、710、720、730、740、750、760、770、780、790、800、810、820、830、840、850、860、870、880、890或900g的ICPG粒子介質。該過濾器例如可充有1.0-10kg的ICPG粒子介質。在一些實施方案中，該過濾器例如充有約1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1,6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5,0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6,2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9或10kg的ICPG粒子介質。在一些實施方案中，該過濾器充有500g-lkg的ICPG介質。在優(yōu)選的實施方案中，過濾器充有約750g的ICPG。在一些實施方案中，過濾器充有750g的ICPG粒子介質。在優(yōu)選的實施方案中，該過濾器單元是便攜式的上流柱過濾器。在一些實施方案中，當處理含砷和/或重金屬濃度約300ppb或更少的飲用水時，在砷和/或重金屬含量低于10ppb下每天過濾器產(chǎn)生約115L的水，在砷和/或重金屬含量低于50ppb下或/和210L/天。例如過濾器可產(chǎn)生約50-1000L/天。在一些實施方案中，過濾器產(chǎn)生約50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200、205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260、265、270、275、280、285、290、295、300、305、310、315、320、325、330、335、340、345、350、355、360、365、370、375、380、385、390、395、400、405、410、415、420、425、430、435、440、445、450、455、460、465、470、475、480、485、490、495、500、505、510、515、520、525、530、535、540、545、550、555、560、565、570、575、580、585、590、595、600、605、610、615、620、625、630、635、640、645、650、655、660、665、670、675、680、685、690、695、700、705、710、715、720、725、730、735、740、745、750、755、760、765、770、775、780、785、790、795、800、805、810、815、820、825、830、835、840、845、850、855、860、865、870、875、880、885、890、895、900、905、910、915、920、925、930、935、940、945、950、955、960、965、970、975、980、985、990、995或1000L/天。在一些實施方案中，過濾器是上流柱過濾器。在一些實施方案中，在砷和/或重金屬含量低于約10ppb下每天過濾器產(chǎn)生約115L的水，在砷和/或重金屬含量低于約50ppb下或/和210L/天。過濾器可產(chǎn)生砷和/或重金屬含量約1-50ppb的水。在一些實施方案中，過濾器產(chǎn)生砷和/或重金屬含量約l、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50卯b。ICPG介質可用在各種不同的飲用水過濾系統(tǒng)中。在一些實施方案中，ICPG介質可用于POU過濾系統(tǒng)，實例如用于單個家庭的小體積水過濾系統(tǒng)。在其他實施方案中，ICPG介質用于大體積的水處理過程中，實例如飲用水廠。在又一實施方案中，ICPG介質用于處理工業(yè)廢水。在又一實施方案中，ICPG介質可用于含砷和/或重金屬的危險材料的保存。除了砷和重金屬以外，ICPG介質可用于從水中除去細菌。制造ICPG所需的所有材料可在南亞當?shù)刭彽茫谀撬鼈円让绹阋?。如上所述，用于制造ICPG的主要源材料是粘土和鐵粉。該制造過程使用帶有自動可控煅燒的普通陶瓷爐。在一些實施方案中，使用了具有自動煅燒和溫度控制器以及工業(yè)網(wǎng)篩的錐形10爐。在制造ICPG中沒有使用有害的化合物和方法。對于用作儲水器的塑料水容器沒有特別的要求，這種容器目前在世界各地都能購得。為了降低農(nóng)場主成本和運輸成本，容器可從當?shù)刂圃焐太@得。此外，在加工中沒有對環(huán)境有害的副產(chǎn)品產(chǎn)生。下面通過實施例，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明實施例h多孔陶瓷粒子的制備本實施例例示了用于ICPG制備(參見以下的實施例2)中多孔陶瓷粒子。用于制造多孔陶瓷粒子的組分總結在以下的表III中。為了制備多孔陶瓷粒子，10kg粘土(高嶺土)粉與5kg干法混合5-IO分鐘。將l加侖的液體蠟與1加侖的水相混合。水-蠟混合物通過噴射到干混合物中逐漸地加入粘土粉和面粉的干混合物同時持續(xù)地混合粘土-面粉混合物20分鐘時間，從而獲得濕粒子混合物。濕混合物放入置于爐窯內(nèi)的鐵桶中。在缺氧條件下控制燒制過程。爐窯設置并保持在ll(TC(230。F)2小時。隨后，以194°F/小時的加熱速度將爐窯加熱到630°C(1166下)并保持3小時。一旦爐窯冷卻下來，就可將多孔陶瓷粒子準備用于制造ICPG。表ni多孔陶瓷粒子配方<table>tableseeoriginaldocumentpage38</column></row><table>實施例2:涂敷鐵的陶瓷粒子的制備和用途(ICPG.MicroNose)本實施例例示了ICPG的制備以及ICPG用于從飲用水中除去重金屬和砷的用途。ICPG介質由涂敷有零價鐵粉的高孔隙率的陶瓷制成。它是高透過率、可吸收性障礙。ICPG介質由如實施例1中所述制備的高多孔性陶瓷粒子制成。多孔粒子用市購的選擇鐵涂敷用粒子的篩選裝置進行篩分。使用包含多層各種尺寸的篩網(wǎng)如40目、16目、8目、6目的網(wǎng)篩裝置來選定多孔粒子尺寸。這會提供尺寸在40-16目，16-8目，8-6目的粒子。將10kg選定的粒子放在圓粒子混合器中。在混合的同時，向粒子逐漸地噴射1L水使粒子再水合。再水合過程進行20分鐘。尺寸經(jīng)過200目網(wǎng)篩的33%w/w的零價鐵粉不停攪拌地加入到粒子中。粒子與鐵粉混合約15-20分鐘并放置到鐵瓶或鐵桶中。粒子在550-680°C缺氧條件下燒制3-5小時。在該燒制過程中形成Fe-Si固相表面復合物。再水合陶瓷的特性、粒子的強度通過該燒制過程而提高。ICPG粒子大小要小于2.36mm?？紫堵蕿?5-80%且預涂敷和后涂敷的介質的比表面積分別為212m2/g和40m7g。ICPG的pH值為(40%ICPG和60%水)為7.1。如圖la所示，通常的ICPG粒子(直徑1-2.36mm)含有許多尺寸10-20um的孔(圖lb和2)?？偟目兹莘e為0.28cc/g。這使它們是可透水的。ICPG的特征是粗糙的表面和可透過的孔，且不會在水中分解。在ICPG粒子的表面上，鐵和粘土材料形成將會吸附砷離子和/或重金屬離子的粗糙表面結構(圖2)。在砷和/或重金屬吸附后，表面結構更平滑。在介質的表面和介質中孔的內(nèi)表面上發(fā)生水的流動和砷的吸附。圖lc-ld比較了放大率1000下未用的ICPG表面與用過的(通過砷和/或重金屬吸附)ICPG的拓撲特征。在夏威夷大學己經(jīng)對間歇式反應器和反應塔過濾兩種結構中的ICPG粒子的砷吸附能力和砷除去進行了測試。摻有砷的夏威夷地下水用于測試。測試表明，分別在PH值為4.0、7.0和10時，ICPG對As(III)的吸附容量為12.5mg/g、19.8mg/g、和27.lmg/g。對于砷酸鹽(AsV)吸附來說，在PH值為4.0、7.0和10時，ICPG的吸附容量分別為41mg/g、32mg/g、和21mg/g。在夏烕夷大學對ICPG過濾產(chǎn)品進行了測試。過濾器具有1.2L的空容積并充有750g的ICPG介質(粒子大小小于2.36mm)。在充入后，過濾器的可用容積為650ml。慘雜有高砷含量的夏威夷地下水可用于測試。測試中砷的總濃度在295-321ppb的范圍，50%的砷酸鹽(砷酸鈉)和50%的亞砷酸鹽(亞砷酸鈉)。測試地下水的pH值在6.8-7.5的范圍內(nèi)。空床接觸時間(EBCT)影響了排水質量。流出量滿足10ppbMCL、50ppbMCL的EBCT分別為13分鐘和3.8分鐘。測試中，當EBCT大于3分鐘和或當流率小于15L/小時時，獲得了穩(wěn)定性。當體系在13分鐘EBCT(流速在3.7L/小時)運行時，排出物中剩余砷的濃度在5-8ppb之間。當EBCT保持在4.0分鐘(流速為12L/小時)，砷濃度在32ppb-42ppb之間。體系能夠處理14000L，直到它達到過濾介質置換變得必要的臨界點。ICPG過濾器的性能顯示在圖3中。當過濾流速控制在小于5L/小時時，排出流中的砷幾乎不能檢測出來。當流速控制到低于10L/小時時，砷除去平均為92%。ICPG體系的性能總結在表IV中。表IV實驗室上流柱過濾器性能數(shù)據(jù)和分析<table>tableseeoriginaldocumentpage41</column></row><table>注意當流速大于導致EBCT小于3分鐘的15L/小時時，體系不再穩(wěn)定。通過分析鐵和鋁的濃度來監(jiān)控整個柱過濾測試中對其他水質的可能影響，這是ICPG會引起的可能問題。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在運行5天后，幾乎沒有鋁從介質浸出。如果水不含有鐵時，鐵浸出也非常少。然而，如果水含有高的鐵離子，將不會從介質浸出，相反介質會從水中吸收一些離子。砷似乎被介質牢牢地吸附。當排出的介質用蒸餾水沖洗時，很少的砷洗出。如果使用酸溶液(例如5呢的H2S04)，砷可洗出到65%的水平。過濾器連續(xù)的進行作業(yè)以純化樣品地下水。流速在4.5-5L/小時(108-120L/天)的范圍內(nèi)時，剩余的砷小于10ppb。當流速增加到10L/小時(240L/天)時，流出物中剩余的砷在15-32ppb的范圍。測試水中的無機元素濃度由農(nóng)業(yè)診治服務中心(ADSC)使用感應耦合等離子體方法(ICP)加以分析。實施例測試結果列在表V中。對15000L含砷酸鹽和砷酸鹽劑量的地下水進行測試。當EBCT控制在15分鐘時，平均除去效率大于95%。ICPG過濾體系不需要任何化學組成、電力或反洗，對其它水質量沒有任何副反應。排出介質的分析表明砷的不動性。在測試期間，不需要化學用量或其他的物理調整。實施例3:使用ICPG(MicroNoseTM)從水在水中除去重金屬ICPG介質滿足了砷除去用柱吸附劑的要求(1)足以使粒子包裝的強度和大的表面積；(2)高效地除去As(V)和As(III);(3)長壽命、高容量、選擇性和高吸附速率；(4)水中的高物理強度(不分解)；(5)高孔率產(chǎn)生的短滯水時間(HRT);(6)影響水質的次要問題。在夏威夷大學已經(jīng)對間歇式反應器和反應塔過濾兩種結構中的ICPG粒子的重金屬吸附能力和重金屬除去進行了測試。為了產(chǎn)生測量水溶液，將HgS04、KN03、Ag2S04、ZI(OH)2、Mn(S04)H20、Mn(S04)、Na2Se0410H20、NiCl2、K2Cr207、CoCl6H20、CuS045H20、NaF、NaAs02,和Na2As04溶解到1L去離子(DI)水中。過濾溶液除去不溶材料，并將含重金屬和其它離子的過濾液用作柱過濾和容量測試的溶液。所述的測試水溶液和自來水用作過濾流入液。過濾的EBCT控制在15分鐘。流入液和流出液中的重金屬和其他離子的濃度顯示在以下的表V中。不同金屬的除去率計算并列在表中。結果清楚地表明，ICPG能夠同時從混合溶液中除去各種重金屬。表v水樣品分析工作表樣品ug/mlUg/ml45061—0867項目123實驗061-08061-0061-08438444645過濾容量AF是BF是流出容量BF容量AF(mg/g過濾過濾體號說明過濾入流體后刖編號W2，3，4p0.100.076.311.130.017K4.843.16206411522.995Cgi20.3917.972.246.330.013Mg20.7216.734.517.590.0010Na50.4443.90209118020.949Fe0.010.020,320.070.001Mn0.160.02896.2535.81.184Zn0.010.001.450.280.004Cu0.030.01345,40.101.134B0.030.030.150.130.000Mo0.010.010.170.080.000Ag0.100.021.080.200.003As0.030.0010.410.540.032Cd0.010.000.170.030.000Co0.050.00223.857.090.547Cr0.170.01688.0283.21.329Ni0.050.01270.349.210.726Pb0.010.001.000.270.002Se0.060.01290,9271.60.0635.03N03-N1.151.46500.87460.311.352實施例4:堿性過濾體系的安裝和構建本實施例例示了堿性ICPG過濾體系的安裝和構建。優(yōu)選地，堿性過濾體系的安裝簡單、不需要化學溶液且基本上不用訓練。簡便重力給料設計的使用免去了任何電連接的需要。ICPG過濾組成列在表VI中。安裝過濾器對人們來說不需要什么特殊的工具或技術。表VI:ICPG過濾器的組成列表組成材料重量尺寸數(shù)量桶塑料lOOOg5加侖1匿驟塑料1/2英寸1桶蓋塑料1柱體透明PVC1600g(含有750g介質)2英寸直徑，26英寸長度1柱體支架金屬柱體夾子金屬1水管透明塑料100g1/2英寸內(nèi)直徑/6英尺2注意:如果住戶具有帶控制閥的儲水器，桶和其填充物是任選的。安裝要求該體系是直立的設計。如果過濾柱體安裝在地面臺上，安裝不需要任何工具。使用墻壁安裝吊架也能安裝柱體。該安裝僅需要錘子或螺絲刀。沒有技能和培訓的普通人也能在5分鐘內(nèi)安裝該體系。確定過濾柱體是否是墻壁安裝或地面安裝。對于墻壁設備來說，可使用錘子或螺絲刀來固定安裝夾子到墻壁上。將桶放到椅子或任何足以支撐25kg桶的支架上。桶的出口應該放置在桶頂以上40cm。如果儲水器存在有控制閥，那么直接將管連接其上。連接桶閥的出口到柱體的底部并連接上柱體出口到你的純化儲水容器上。桶中裝滿水并打開闊。應該使水自由地流動50分鐘以進行預清洗。預清洗后，過濾器準備好使用。由于碳黑，預清洗水有時顏料較暗。預清洗水排放是安全的。實施例5:用于堿性ICPG體系的操作菜單本實施例例示了堿性ICPG體系的操作。安裝后預沖洗，當安裝程序完成后，用12L水預沖洗過濾器，因為在運輸中震動可能會產(chǎn)生碳灰或灰塵。預沖洗后，桶中裝入待處理的水并蓋上桶，防止灰塵和細菌落入。轉動閥門到最大開啟位置，以10L/小時制備出水。為了制備砷量小于10ppb的水，應該將控制閥旋轉到位置2(顯示標記在閥上)。這產(chǎn)生了5L/小時的流速。計算住戶日常水消費量，然后估計應該更換柱體的日記并在柱體上標記該日期。雖然更安全的操作推薦過濾柱體的最大容量為14000L，135000L，但以天計的柱體壽命等于13500L/每天過濾升數(shù)。對于一家7口人來說，確定柱體更換的簡單方法是每6個月更換柱體或者在過濾600桶水以后。由于上流動的設計而不需要反流，除非入流水有高的懸浮固體。實施例6:堿性ICPG過濾體系的維護草案本實施例例示了堿性ICPG過濾體系的操作。過濾器設計為上流動類型，通過如果懸浮固體低時不會有阻塞問題。然而，如果懸浮的固體濃度高于20ppm或者大粒子引入到過濾器中，它們可能在底部網(wǎng)篩上引起阻塞。用戶可通過導通入口管來清除阻塞，放水并清潔粒子。容水桶應該總是保持覆蓋以避免二次污染。同樣，如果在戶外使用過濾器，用戶應該每周清潔桶。在操作過程中，介質可改變顏色成紅色或棕色。這是正?，F(xiàn)象，不會影響處理效率。這是由于水中存在氧時鐵氧化引起的。在預清洗程序中，如果塑料管中存在空氣泡，通過壓迫管它們可釋放進桶中。即使在預清洗期間，也優(yōu)選使用上流動，這會釋放介質粒子內(nèi)部和中間的空氣。柱體中的氣泡會影響流速和混合條件。實施例7:機理ICPG過濾過程本實施例例示了ICPG過濾過程背后的機理。實施例7顯示了可用于實施多種方法或程序的體系的實施方案之一。在一些實施方案中，使用了堿性鐵涂覆陶瓷粒子的填充柱來凈化液體。來自儲水器的水由重力水壓向上流動通過ICPG柱。ICPG的碳和多孔性提供了吸引砷離子和重金屬離子的大的表面積。此外，鐵用作吸附砷的電子施主。氧化硅凝膠的Fe-Si復合物阻止了砷釋放。涂覆ICPG的Fe-Si表面復合物結合并固定了砷。大的細菌也捕獲在柱中。實施例8:同步加速器系x射線吸收的微細結構測量地下水中的砷濃度從10ppm到高達幾百ppm。在極低的濃度下，能夠提供砷、硅和鐵上電子結構和局部原子信息的敏感元件-特殊探針分別用于了解ICP中As(III)和As(V)的吸收機制。由于同步加速器X射線極高的強度和它們的能量可調性，同步加速器系X射線吸收的微細結構(XAFS)光譜學方法很好的適用于該類工作，這不僅提供了10ppm或更低(Higgins和Huffman1996)的元素敏感度，而且提供了元素的種別性(價態(tài)、鍵長、酉己位數(shù)禾口酉己位類型)(Brown、Fosteretal.1999;HigginsandHuffman1996)。XAFS光譜包括XANES(x-射線吸收近邊結構)和EXAFS(廣延x射線吸收精細結構)。XANES用于檢測選定元素的氧化態(tài)，而EXAFS用于確定選定元素的近鄰距離和配位數(shù)。這些技術可成功用于表征煤中(HigginsandHuffman1996;Higgins、Shahetal.1993)、污染土壤和風化采礦尾料中(Arcon、vanElterenetal.2005;Foster、Brownelal.1998b)、高嶺土和銳鈦礦中(Foster、Brownetal.1998a)、Fe(II)-As(III)溶液的氧化期間(Thoral、J.Roseetal.2005)、水合錳上(Foster、Brownetal.2003)、氧化鋁-水界面上(Arai、Elz'[ngaetal.2001)、和水鋁英石-水界面中(Arai、Sparksetal.2005)的砷的特性。因此，在美國阿貢國立實驗室的尖端光子源(APS)上或者在國立布魯克哈文實驗室的國家同步加速器光源(NSLS)上使用普通用戶能獲得的極高強度和高強度流同步加速器輻射來進行XANES和EXAFS的測量是有效的。對于XAFS測量的樣品植被和實驗過程與以前描述的那些相同(Higgins、Goodarzietal.1996;HigginsandHuffman1996)。對于原位測量來說，在入射X射線的90°幾何方位上以熒光方式收集XAFS光譜，液體樣品由Kapton窗和ICPG樣品壁包封。在不同的條件如PH值、流速、起始As(III)/As(V)濃度，氧化還原態(tài)、鹽度和競爭種類等測試過濾器介質后，對ICPG樣品進行XAFS測量。實施例9:X-射線衍射測量x射線衍射能夠提供每次試驗后包含過濾材料非晶相的晶相的額外信息。通過納米級零價鐵從地下水中除去As(in)時，XRD測量可用于識別非定形的氧化鐵(III)/氫氧化鐵、磁鐵礦(FeA)和/或磁赤鐵礦和纖鐵礦(Fe00H)(K認l、Manningetal.2005)。使用X射線衍射儀和同步加速輻射源進行XRD測量。實施例10:掃描電子顯微鏡在用可變體積的實驗水沖洗之前和之后對未涂覆和鐵涂覆陶瓷粒子樣品通過掃描電子顯微鏡(數(shù)字ZeissDSM962，裝有OxfordLink能量散射X-射線光譜法體系)進行檢測，以便觀察到?jīng)_洗對ICPG的拓撲特征的物理作用。這可密切配合原子力顯微鏡(AFM)的研究進行(下文)。實施例11:原子力顯微鏡AFM已經(jīng)證明是研究表面納米結構非常有效的方法，且它具有優(yōu)于掃描電子顯微鏡的優(yōu)點，因為動力學過程如液相中的晶體生長可用納米的分辨率進行成像(Dai、Nekrassovaetal.2004;Land、Malkinetal.1995)。對ICPG柱腐蝕的SEM像和目測觀察表明，在ICPG粒子表面上因抑制劑而形成了薄膜鋼鐵表面(LuoGuanetal.1998;MuandLi2005;Olivares-Xometl、Likhanovaetal.2006)。該膜在As的吸收和防止零價鐵腐蝕中起重要作用。PLS-ICPG由薄(100-200um)粘土和鐵(0價)薄層(10100um)覆蓋的襯底組成。能夠沉積兩種類型的鐵(0價)層。完全由鐵(0價)覆蓋的粘土樣品可用于研究純鐵(0價)體系上的砷吸收，部分涂覆粘土得到的數(shù)據(jù)作為比較。具有不同厚度和寬度的零價(鐵(o價))帶也可以沉積在第二種PLS-ICPG上。實施例12:砷分析ICP水樣品進行的砷的常規(guī)分析是在收集后3小時內(nèi)直接分析、并且保持在4°C直到分析開始。與粘土或介質樣品相關的砷是通過以下的測量水和廢7K的標準方法分析的(StandardMethodsfortheExaminationofWaterandWastewater、21stEdition、AmericanPublicHealthAssociation(APHA)、AmericanWaterWorksAssociation(AWWA)&WaterEnvironmentFederation(WEF)(2005)Washington在此以引證的方法將其全部內(nèi)容并入本文)。樣品用HN03預消化。實施例13:砷種類使用高效液相色譜法(HPLC)與感偶等離子源質譜測定法(ICP-MS)進行石申禾中類的分析(Day,Montes—Bayon等2002;FrancesconiandKuehnclt2004).HPLC-ICP-MS是檢測和量化砷的無機和有機含水種類的精度高、快速又靈敏的方法(B，Hymer和Caruso2004;Falk和Emons2000;Francesconi和Kuehnclt2004;Lee而kers,Baeyensetal.2006);例如，對于As(III)、As(V)、單甲基化和二甲基化砷種類來說，檢測極限低至〈0.lppb。(Day、Montes-Bayon等2002)。使用認證標準參考物質測試了從HPLC柱中回收主要的砷種類(Francesconi和Kuehnelt2004;GongLuetal.2002b;YuCaietal.2003).使用者遵循美國環(huán)境保護局(EPA)的分析方法用規(guī)程并使用了認證的標準物質。種類分析用的樣品收集在透明瓶子里，一些用乙二胺四乙酸(EDTA)(加上未保存的副本)來保存以最小化因收集和分析時間之間的光化學氧化、氫氧化物沉淀(例如如在富鐵的水中)或者氧化還原反應(例如As(in)氧化成As(V))而引起的種類改變(Bednar，Garbarinoetal.2002a;Gallagher,Schwegeletal.2001);可能的話，立即-同一天分析樣品(GongLuetal.2001;GongLuetal.2002b;Kim2001;Pizarro，Gomezetal.2003;Raessler，Michalkeetal.2000)。P0C和PON濃度過濾樣品到預先燃燒的GF過濾器上并使用Thermoquest/CE儀表自動元素分析儀。D0C濃度，特征使用帶有自動取樣器的Shimadzu總有機碳量分析儀由高溫鉑催化氧化確定。實施例14:ICPG結合的砷的傳輸和處理砷飽和ICPG柱體包含有大量的砷粒子。用于砷污染的優(yōu)良解決方案的特征是ICPG柱體的穩(wěn)定性和安全運輸性。柱體本身由廉價但穩(wěn)固、運輸較好的材料制成。As-ICPG復合物的結合穩(wěn)定性在如上所述的隨后保存直到至少2年的可變環(huán)境條件下進行測試。實施例15:ICPG介質和應用方法的反復微細尺度設計一些實施方案使用了混合尺寸(O.85-2.36mm)的ICPG粒子。然而，粒子尺寸影響了吸收容量和中等柱的操作性能。通常，吸收容量隨著越來越小的粒子尺寸而增加；然而，快速裝滿直徑小于0.25mm的ICPG的柱體由于阻塞變得不能工作。為了最佳化粒子尺寸，使用不同的粒子尺寸(1.18-2.36mm、0.85-1.18mm、0.60-0.85咖、0.425-0.60咖、0.25-0.425mm和不同的尺寸)砷除去效率和流動特征的折衷考慮砷去除動力學和地質化學系列實驗。本文所述的方法、工藝和設備目前代表最優(yōu)選的實施方案并是示例性，并不旨在限制本發(fā)明的范圍。在本發(fā)明的精神范圍內(nèi)所包含的和說明書范圍所定義的本文的變型和其他用途是本領域的技術人員而言是能想到的。說明書和權利要求中所用的表示成分、反應條件等所有數(shù)字在一切情況下都理解為通過術語"大約"進行修正。因此，如果沒有相反指示，說明書和所附權利要求中出現(xiàn)的數(shù)字參數(shù)是近似值，依賴于本發(fā)明設法獲得的所需性能而變化。至少且并不旨在限制等同值應用到權利要求的范圍內(nèi)，每個數(shù)字參數(shù)應該根據(jù)有效數(shù)字和普通的大概近似值進行解釋。本領域的技術人員顯而易見的是，可對本文公開的本發(fā)明進行各種替代和變型，但都不脫離本發(fā)明的范圍和精神。本領域的技術人員的明白，本文出現(xiàn)的本發(fā)明的情況和實施方案可彼此獨立地實施或者彼此組合實施。因此，單獨的實施方案的組合在如本文所公開的本發(fā)明的范圍內(nèi)。參考文獻Ahmed、F.、K.Mi腿tullahandA-falbi(2006).PaperIII.ArsenicMitigationTechnologiesinSouthandEastAsiaTo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權利要求1所述的介質，其中所述介質有效地從水中除去重金屬。11.權利要求1所述的介質，其中所述介質為直徑在1_2.36mm之間的粒子。12.權利要求1所述的介質，其中所述介質在pH值為4.0、7.0和10時對As(III)的吸收容量分別為12.5mg/g、19.8mg/g、和27.1mg/g。13.權利要求1所述的介質，其中所述介質在pH值為4.0、7.0和10時對As(V)的吸收容量分別為41mg/g、32mg/g和21mg/g。14.一種用于除去流體中污染物的介質，包含陶瓷粒子和鐵-二氧化硅復合物涂層，其中所述陶瓷粒子包含鐵、粘土和碳，并且其中所述介質具有高的孔隙率。15.—種用于制備涂敷鐵的陶瓷粒子(ICPG)的方法，其步驟包括獲得多孔陶瓷粒子；用鐵粉涂敷所述陶瓷粒子；以及重新燒制所述陶瓷粒子。16.權利要求15所述的方法，其中所述的鐵粉為零價鐵粉。17.權利要求15所述的方法，其中多孔陶瓷粒子是通過混合粘土、碳源材料和孔隙率控制性化合獲得的混合物，并在缺氧室內(nèi)燒制該混合物直到形成多孔陶瓷粒子而獲得的。18.權利要求17所述的方法，其中所述的粘土為高嶺土。19.權利要求17所述的方法，其中所述的鐵粉為零價鐵粉。20.—種制備多孔陶瓷粒子的方法，包括混合粘土、碳源材料和孔隙率控制性化合物以獲得混合物；以及在缺氧室內(nèi)在590-63(TC下燒制。21.權利要求20所述的方法，其中所述的粘土為高嶺土。22.權利要求20所述的方法，其中所述的碳源材料為面粉。23.權利要求20所述的方法，其中孔隙率控制性化合物為液體蠟。24.—種多孔陶瓷粒子，其通過權利要求20所述的方法獲得的。25.—種從流體中除去污染物的方法，其中使流體與涂敷鐵的陶瓷粒子(ICPG)相接觸。26.權利要求25所述的方法，其中所述流體以選自以下組中的方式與ICPG接觸，該組包括i)將ICPG浸入流體中并從接觸流體除去污染的ICPG;和ii)使流體通過多個ICPG。27.權利要求25所述的方法，其中所述的流體為水。28.權利要求27所述的方法，其中所述的流體為飲用水。29.權利要求27所述的方法，其中所述的流體為廢水。30.權利要求27所述的方法，其中所述的流體為工業(yè)廢水。31.權利要求25所述的方法，其中所述的流體被選自以下組中的至少一種金屬污染，該組包括鋁(Al)、銻(Sb)、砷(As)、鋇(Ba)、鎘(Cd)、鈷(Co)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鉛(Pb)、汞(Hg)、錳(Mn)、鉬(Mo)、鎳(Ni)、硒(Se)、硅(Si)、銀(Ag)、錫(Sn)、鈦(Ti)、釩(V)和鋅(Zn)。32.權利要求31所述的方法，其中所述的流體被選自以下組中的至少一種金屬污染，該組包括砷、鉛、鎘、鉻、鈷、鎳、銅、鋅和錳。33.權利要求31所述的方法，其中所述的金屬為砷。34.權利要求33所述的方法，其中所述的砷為砷(III)和砷(V)。35.權利要求33所述的方法，其中所述的砷為砷(III)或砷(V)。36.權利要求35所述的方法，其中所述的砷為砷(III)。37.權利要求35所述的方法，其中所述的砷為砷(V)。38.權利要求25所述的方法，其中所述的流體被選自以下組中的金屬的組合污染，該組包括砷、鉛、鎘、鉻、鈷、鎳、銅、鋅和錳。39.權利要求25所述的方法，其中隨后使流體與ICPG接觸的流體中污染物的濃度為50ug/L或更低。40.權利要求25所述的方法，其中隨后使流體與ICPG接觸的流體中污染物的濃度為10ug/L或更低。41.一種從流體中除去污染物的過濾體系，包括容器和多個ICPG。42.權利要求41所述的體系，其中容所述器為柱體。全文摘要本發(fā)明涉及一種從水中除去砷和重金屬的方法和組合物。文檔編號C02F1/28GK101405223SQ200680052402公開日2009年4月8日申請日期2006年12月29日優(yōu)先權日2005年12月29日發(fā)明者董良杰申請人:微鼻技術公司