[發明專利]一種三維球狀臭蔥石晶體的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201810474820.2
• 申請日: 2018-05-17
• 公開（公告）號: CN108455679B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 柴立元;李青竹;楊錦琴;顏宇琛;董琪宇;王慶偉;楊志輝;閔小波;梁彥杰;劉恢
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C01G49/00
• 分類號: C01G49/00;C02F1/72;C02F1/70
• 代理公司: 11002 北京路浩知識產權代理有限公司
• 代理人: 王瑩;吳歡燕<國際申請>=<國際公布>=

本發明提供一種三維球狀臭蔥石晶體的制備方法及其應用，所述制備方法包括：將三價鐵源與五價砷源組成的反應體系的pH調至0.93～1.5，在120～200℃下進行水熱合成反應。本發明得到的三維球狀臭蔥石晶體具有區別于常規錐體或金字塔形臭蔥石的微觀形貌結構，但分子式及結晶水含量與常規臭蔥石相同，其具有較好的環境穩定性適合填埋或堆存，本發明的制備過程中可實現砷和鐵的同時且高效去除，因此，將本發明的制備方法應用于含砷廢水的處理具有非常好的應用潛力，而且，制備過程中pH值更接近實際中酸性含砷廢水的酸度，減少中和劑的使用，有利于降低廢水處理成本。

技術領域

本發明涉及無機晶體合成及環境水處理領域，尤其涉及一種三維球狀臭蔥石晶體的制備方法及其應用。

背景技術

隨著近年來水體砷污染事件的發生，砷作為一種危害人體健康的劇毒元素已經受到社會各界的廣泛關注。常見的砷去除方法有石灰法、硫化法、石灰鐵鹽法等。針對工業含砷廢水，產渣量小、廢渣穩定、操作簡單的處理方法非常具有優勢。因此，將砷轉化為含砷的晶體礦物越來越受到關注，其中以臭蔥石(FeAsO₄·2H₂O)的研究最多，臭蔥石晶體中砷的含量非常高(32％)，臭蔥石具有易于液固分離和可穩定堆存的優勢。

已經發現的臭蔥石微觀形狀有雙錐形、柱形、晶簇形和葡萄形，不同結晶形態的臭蔥石組成成分略有差異，但與理想分子式相符。現有的臭蔥石的制備一般在pH為2～4條件下進行，用于處理酸性含砷廢水時，需要大量中和試劑來調節pH，且砷的去除效果有待進一步提高。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種三維球狀臭蔥石晶體的制備方法及其應用，該制備方法能同時且高效去除砷和鐵，制備得到的三維球狀臭蔥石晶體具有較高的環境穩定性，對于含砷廢水處理及砷渣穩定化具有重大意義。

本發明提供的一種三維球狀臭蔥石晶體的制備方法，包括：將三價鐵源與五價砷源組成的反應體系的pH調至0.93～1.5，在120～200℃下進行水熱合成反應。

上述技術方案中，通過控制反應體系的pH在0.93～1.5范圍內，且控制水熱合成反應在120～200℃下進行，可以制備得到一種微觀形貌為三維球狀的臭蔥石晶體，有別于現有的錐體或金字塔形等形狀的臭蔥石。

優選地，采用硝酸調節所述反應體系的pH。

優選地，所述反應體系中鐵砷摩爾比為0.67～1，更優選為1。

優選地，所述反應體系中砷濃度為0.015～0.15mol/L，鐵濃度為0.01～0.15mol/L。

優選地，所述進行水熱合成反應的反應時間為8～12h。

優選地，所述三價鐵源為硝酸鐵，所述五價砷源為砷酸鈉。

以上優選條件均有助于促進溶液中的鐵和砷形成三維球狀結構顯著的臭蔥石晶體。

本發明還提供一種由上述制備方法制備得到的三維球狀臭蔥石晶體。所述三維球狀臭蔥石晶體由二維片層或一維線形的一級結構組成球狀結構，不同于常規的錐體或金字形等微觀形狀。

本發明另一目的是提供一種處理含砷廢水的方法，包括：先將所述含砷廢水中的砷全部轉化成五價砷，再向所述含砷廢水中加入三價鐵源并調節pH至0.93～1.5，最后在120～200℃下進行水熱合成反應。

上述技術方案中，通過pH以及溫度的控制，能夠實現含砷廢水中砷的有效去除，且形成的三維球狀臭蔥石晶體具有較好的環境穩定性，適合填埋或堆存。

優選地，所述含砷廢水中的砷與所述三價鐵源中的鐵摩爾比為1:1。

上述技術方案中，將砷和鐵的摩爾比控制在1:1，有利于砷和鐵的同時高效去除。