[發(fā)明專利]一種硫化亞鐵(FeS)氧化溶解去除水體中高濃度As(III)的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201710110032.0
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN106830275A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任海濤;安學(xué)良
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72;C01G49/12;C02F101/10
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境工程水處理領(lǐng)域，涉及到FeS氧化溶解反應(yīng)，特別涉及到利用FeS氧化溶解過程來去除水環(huán)境中高濃度As(III)的方法。

背景技術(shù)

自然界中砷的最重要來源是巖石風(fēng)化、地下水侵蝕礦物層和火山噴發(fā)等自然過程，人類的一些活動如工業(yè)化學(xué)廢品的棄置、礦物冶煉、礦山開采、化石燃料燃燒和農(nóng)藥制劑的使用等也均為環(huán)境中砷的重要來源，釋放出的砷大部分會隨河流和地下水的遷移進(jìn)入水環(huán)境中。砷具有致基因突變性和致癌性，且As(III)比As(V)的毒性高25～60倍。長期飲用含砷水會導(dǎo)致慢性中毒，引發(fā)身體多器官和組織功能異常，如結(jié)膜炎、心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)紊亂、色素沉積過多等病癥，嚴(yán)重則導(dǎo)致癌變，如皮膚癌、肺癌等疾病。1993年，WHO(World Health Organization)規(guī)定飲用水中總砷含量不能超過10μg L^-1。因此，如何降低飲用水中砷的含量是一項(xiàng)非常緊急的任務(wù)。

傳統(tǒng)去除砷的方法主要包括化學(xué)法和物理法。化學(xué)法以離子交換法為主，采用特定的離子交換樹脂去除水體中的砷，但此法成本較高。物理法主要以吸附法和膜技術(shù)為主，吸附法利用活性炭或氧化鋁等吸附劑的吸附性能去除飲用水中的砷；納濾(NF)膜是目前除砷技術(shù)中使用較為廣泛的膜技術(shù)，具有出水水質(zhì)好、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，但此法的成本也叫較高。而用Fe(II)鹽氧化絮凝除砷，在此過程中即使加入pH緩沖劑后，隨著氧化反應(yīng)的進(jìn)行pH值仍迅速下降，導(dǎo)致加入的Fe(II)鹽未能被完全利用，造成資源浪費(fèi)。

硫化亞鐵(FeS)廣泛存在于自然界缺氧或厭氧環(huán)境中，當(dāng)其轉(zhuǎn)移至有氧環(huán)境中后可發(fā)生氧化溶解反應(yīng)，最終生成對砷具有較強(qiáng)吸附性能的鐵礦物，且加入一定pH緩沖劑后，其pH值穩(wěn)定性較好，可充分利用其中的Fe(II)和S(-II)來更大程度地去除砷。且在FeS氧化過程中，可將As(III)氧化為與鐵礦物具有更強(qiáng)結(jié)合性的As(V)。然而這僅限于關(guān)于低濃度砷在FeS氧化過程中的轉(zhuǎn)化與遷移機(jī)制的文獻(xiàn)研究，而關(guān)于利用FeS氧化溶解去除水體中高濃度As(III)的技術(shù)和專利鮮有。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種利用FeS氧化溶解去除水體中高濃度As(III)的方法。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是先于厭氧手套箱中采用簡單的化學(xué)沉淀法合成非晶型、高活性的FeS，而后利用其氧化溶解反應(yīng)來去除水體中的As(III)，As(III)的去除效果很好，主要通過FeS反應(yīng)形成的Fe(III)鐵礦物的吸附性能和形成砷酸鐵除砷，且無后續(xù)砷釋放現(xiàn)象，表明除砷效果好且穩(wěn)定。

該發(fā)明所采用的技術(shù)方案按照以下步驟進(jìn)行：

(a)FeS的制備過程(除離心過程外)均在氬氣氛圍的厭氧手套箱中進(jìn)行，利用其中的Pt催化劑可使箱體中氧氣的濃度小于0.5ppm；

(b)用于FeS合成制備的水溶液均用經(jīng)高純氮?dú)獯祾甙胄r的無氧去離子水配制；

(c)稱取一定量的FeCl₂·4H₂O和Na₂S·9H₂O送入手套箱中，用無氧水分別配制一定濃度的溶液；

(d)在適中攪拌的條件下，將步驟(c)中的Fe(II)溶液快速倒入S(-II)溶液中，使二者快速充分混合，即得到黑色懸濁液，置于手套箱中攪拌老化三天；

(e)三天后，將步驟(d)的懸浮液在4℃的高速冷凍離心機(jī)10000rpm下進(jìn)行離心分離5min，而后倒掉上清液，將得到的黑色固體用無氧水洗滌八次，期間只有離心時在手套箱外，其余換水等操作均在手套箱內(nèi)進(jìn)行，最后將FeS重新分散到一定體積的無氧水中得FeS懸浮液；

(f)吸取一定量步驟(e)的FeS懸浮液進(jìn)行冷凍干燥，計算其懸浮液密度以備用，并取少量冷凍干燥后固體做XRD表征；

(g)在手套箱中吸取一定量步驟(e)的FeS懸浮液于500ml燒杯中，并向燒杯中加入相應(yīng)量的As(III)溶液，最終反應(yīng)液中FeS濃度為2g L^-1，As(III)濃度為1.3-6.7mM，背景NaCl離子強(qiáng)度為0.1M；

(h)用一定濃度的MOPS和硼酸鈉緩沖液將步驟(g)的反應(yīng)液pH調(diào)至7.0-9.0，用保鮮膜將燒杯蓋住；

(i)迅速將步驟(h)反應(yīng)液轉(zhuǎn)移至實(shí)驗(yàn)室有氧環(huán)境中，并在保鮮膜上扎4個小口，置于磁力攪拌器上持續(xù)攪拌，以便FeS進(jìn)行氧化溶解反應(yīng)；

(j)在FeS氧化溶解去除As(III)過程中，間隔一定時間從反應(yīng)液中取樣檢測As(III)含量變化。