[發(fā)明專利]一種利用纖維填充微柱快速分離水中As(V)和As(III)的新方法

無效

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• 申請日: 2012-12-11
• 公開（公告）號: CN102942240A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏俊富;郭海濤;王會(huì)才
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C02F1/42
• 分類號: C02F1/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及廢水凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種利用季銨型纖維制備纖維微柱，分離水中As(V)和As(III)的方法。

背景技術(shù)

砷是重要環(huán)境污染元素，主要來源于采礦、化工、化學(xué)制藥等部門的工業(yè)廢水，嚴(yán)重污染了環(huán)境。含砷廢水危害極大，尤其是三價(jià)砷與五價(jià)砷，三價(jià)砷在水中溶解度高于五價(jià)砷，其引起的污染水體，可直接或經(jīng)食物鏈進(jìn)入人體，將干擾生物酶活性，從而導(dǎo)致各種疾病和機(jī)能紊亂，甚至引發(fā)癌變，而五價(jià)砷毒性相對較弱，約為三價(jià)砷的0.02倍。當(dāng)前分析測定水體中總砷的方法已有諸多報(bào)道，但鑒于不同價(jià)態(tài)的砷，其毒性差異甚大，因此，環(huán)境樣品中砷(III)和砷(V)的分離及測定，對于評價(jià)水質(zhì)和環(huán)境保護(hù)是非常必要的。

不同價(jià)態(tài)砷的分離方法主要有色譜法、萃取法、膜分離、化學(xué)氧化還原等，但這些常規(guī)分離過程存在儀器昂貴，分離費(fèi)用較高、分離不完全，預(yù)處理麻煩，易受污染的缺陷，而離子交換纖維吸附法由于其價(jià)格低廉，接觸面積大、吸附速度快、流動(dòng)阻力小、吸附量大、易重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)受到重視。

鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種接枝季銨鹽的離子交換纖維，此纖維表面帶有N⁺(CH₃)₃基團(tuán)，使得纖維表面帶正電荷，能夠與水溶液中以H₂AsO₄^-，HAsO₄^2-，AsO₄^3-等帶負(fù)電荷的化學(xué)基團(tuán)形式存在的陰離子發(fā)生電荷吸附作用。在水溶液中，三價(jià)砷離子在pH值為0～12范圍內(nèi)以中性的亞砷酸形態(tài)存在，在pH大于12左右才開始出現(xiàn)H₂AsO₃^-的離子形態(tài)，而五價(jià)砷在pH為在pH值為2～12之間主要以H₂AsO₄^-和HAsO₄^2-形態(tài)存在。因此借助季銨型纖維的吸附特性，通過調(diào)節(jié)溶液pH值，控制As(III)和As(V)的存在形式，從而可以實(shí)現(xiàn)對As(III)和As(V)的分離。本發(fā)明提供的纖維填充微柱分離體系對As(III)和As(V)的其分離效率大于95％，具有投資少、操作簡單方便，再生容易等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有不同價(jià)態(tài)砷不易分離的技術(shù)問題；鑒于此，本發(fā)明提供一種利用纖維填充微柱裝置分離砷(III)和砷(V)的方法，該方法不僅保留了固相微柱吸附流速快，吸附完全的優(yōu)點(diǎn)，而且該纖維材料易吸附、易洗脫、重復(fù)利用效果良好，能實(shí)現(xiàn)在廢水中砷(III)和砷(V)的去除和分離回收。

本發(fā)明提供了一種廢水中重金屬離子的吸附分離方法，包括以下步驟：

第一步：制備微柱，在柱長25mm，內(nèi)徑0.5mm的聚乙烯塑料管作為吸附裝置，填充自制的季銨型陰離子交換纖維

第二步：：將樣品調(diào)到一定pH3.5～5.0范圍內(nèi)，將一定體積的含As(V)/As(III)溶液控制一定的流速通過離子交換微柱，As(V)保留在纖維上，As(III)將流入到底液中，從而達(dá)到二者的分離。

第三步，將吸附在纖維上的金屬離子，用一定濃度的堿溶液進(jìn)行脫附處理，使得微柱可重復(fù)使用。

第四步，本發(fā)明以季銨鹽離子交換纖維為本體材料，交換容量為3.2mmol/g，使其與離子依靠電荷作用吸附，簡化了分離過程，而對砷離子具有選擇性的吸附能力。

優(yōu)選地，所述選擇分離砷(III)和砷(V)的濃度在濃度0.5～12mg/L之間

優(yōu)選地，在第三步中，使用濃度較低的氨水-氯化銨混合溶液作為洗脫劑。

本發(fā)明的工作原理如下：

自制的季銨型離子交換纖維纖維表面帶正電荷，在樣品pH3.5～5.0的范圍內(nèi)，As(V)以H₂AsO₄^-和HAsO₄^2-形態(tài)存在，三價(jià)砷離子以中性的亞砷酸形態(tài)存在，所以As(V)被選擇性吸附到纖維上，而對As(III)基本不吸附，從而達(dá)到二者的分離，分離方法簡單，分離效率高，容易操作，用特定洗脫液將吸附后的纖維洗脫后可重復(fù)使用。

本方法的優(yōu)點(diǎn)及效果如下：

1.本發(fā)明的季銨型纖維具有較高的吸附容量，且對As(V)和As(III)具有較好的選擇吸附性能，可對As(V)和As(III)的重金屬廢水進(jìn)行治理，也可對As(V)和As(III)進(jìn)行有效的回收利用。