[發明專利]可吸附水中砷的海綿狀吸附材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201310574036.6
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103586004A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 王津南;孟穎;楊欣;王釔
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 蔣海軍

技術領域：

本發明公開了一種可吸附水中砷吸附材料及其制備方法，更具體的說是可吸附水中砷的海綿狀吸附材料及其制備方法和應用。

背景技術：

砷(Ⅲ、V)對人體和生態環境危害極大，有效去除水中砷(Ⅲ、V)是水處理領域的研究熱點。目前常用水中砷的去除方法有：沉淀法、膜處理法、吸附法、氧化法、萃取法和電凝聚法等。沉淀法除砷技術雖在治理砷濃度較高的工業廢水中得到廣泛應用，但生成的沉淀物含有As、Fe、Ca等元素，成份復雜且不穩定，極易發生二次污染，需采取必要的防范和安全處置措施[許根福.處理高砷濃度工業廢水的化學沉淀法.濕法冶金[J].2009,28(1):12-17]。膜處理法雖然具有操作簡單、處理效果好的優點，但對設備和操作技術要求高,且存在著能耗大、運行成本高、膜易被污染等缺點，限制了膜技術的推廣和應用[楊凡.關于膜技術在飲用水除砷處理中的研究與應用.科技資訊[J].2009,(18):7]。萃取法由于其自身特點，目前鮮有用于工業生產廢水和生活飲用水除砷的報道。Tao?Wang等學者采用CO₂超臨界萃取-離子對聯用技術從固體基質中去除砷，它的缺陷在于無法在原位直接進行萃取-離子對聯用，必須首先進行離子對預處理才能使超臨界萃取發揮作用，而且萃取效果與離子對試劑(四丁基溴化銨)用量密切相關。該方法成本高，技術難度大，很難實現工程應用[Tao?Wang,Yanfen?Guan.Removal?of?arsenic?in?the?form?of?anions?from?solid?matrices?by?supercritical?CO₂extraction?with?ion-pairing(離子對超臨界CO₂萃取技術對固相中三價砷的去除研究).Separation?and?Purification?Technology[J].2003,31(2):225-230]。

吸附法由于操作簡單、運行效果穩定、可回收廢水中的砷、對環境不產生二次污染，且吸附材料來源廣泛、價格低廉、可重復使用倍受人們關注，很多學者正在開展吸附法治理水體砷污染研究。近些年，采用海綿吸附材料吸附去除水中砷已經引起人們的重視，因為海綿狀吸附材料在形狀上具有很強的可塑性，能夠適用于復雜水環境，也便于回收再生。已經公開專利（專利名稱：一種利用廢舊聚乙烯醇海綿制備的海綿狀吸附材料及制備方法，公開號：CN103071468A專利申請單位：南京大學）制備的海綿狀吸附材料可以通過表面負載三價鐵離子快速吸附去除水中砷(V)，但該海綿在實際使用過程中仍存在一些需要改進的地方：1）熱穩定性有待提高，熱重分析結果表明該材料在100攝氏度以上其部分結構被破壞，質量損失10%左右；2）海綿上負載的三價鐵離子在吸附-脫附重復使用過程中，出現部分流失的現象，導致吸附砷(V)性能有所下降；3）雖然對砷(V)的吸附容量較高，但對砷(Ⅲ)吸附容量較低，無法滿足同時去除砷(Ⅲ)和砷(V)的需求，但是水中砷污染常常是砷(Ⅲ)和砷(V)的復合污染，且砷(Ⅲ)的生物毒性遠大于砷(V)的生物毒性。因此合成具備熱穩定性高、負載鐵不易流失、且同時對砷(Ⅲ)和砷(V)有高吸附容量的新型海綿狀吸附材料有著重要的實際應用價值。

發明內容：

1、發明要解決的問題

針對已公開專利（一種利用廢舊聚乙烯醇海綿制備的海綿狀吸附材料及制備方法，公開號：CN103071468A專利申請單位：南京大學）存在的不足：

（1）已公開專利中制備方法的不足：現有公開專利中的Fe³⁺與海綿上氨基絡合能力較低，且硫酸鐵溶液pH值較低（小于3，否則Fe³⁺會沉淀），而溶液低pH值不利于氨基對硫酸鐵的吸附，因此導致海綿上負載三價鐵的量難以進一步提高。（2）已公開專利中吸附材料的不足：現有公開專利中的海綿狀吸附材料熱穩定性不高，負載的三價鐵離子不穩定，易出現流失，影響后續的吸附效果；且對砷（Ⅲ）吸附容量不高。要解決上述問題，合成過程存在的難點如下：

（1）若利用三價鐵鹽溶液負載三價鐵離子，三價鐵鹽溶液低pH值以及海綿氨基對三價鐵離子絡合力低導致鐵負載量難以提高；

（2）若改用二價鐵鹽溶液負載二價鐵離子，二價鐵鹽溶液pH高于三價鐵鹽溶液，且二價鐵離子與氨基絡合力高于三價鐵離子，雖可以提高鐵負載量，但二價鐵離子對砷的吸附能力較弱；

（3）無論是將三價鐵離子還是二價鐵離子簡單負載到海綿上，都會出現鐵離子在使用過程中流失的現象。