一種高比表面積施氏礦物吸附劑處理水中砷的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種利用高比表面積施氏礦物作為吸附劑處理水中砷的方法，屬于廢水處理技術(shù)。該方法的過(guò)程包括：將人工合成的具有高比表面積的施氏礦物加入到含砷廢水中，根據(jù)廢液As(V)與As(III)的具體比例，利用酸堿調(diào)節(jié)廢液pH至合適值，用于回收工業(yè)廢水中的As(V)和As(III)，As(V)吸附量可達(dá)182.86mg?g-1(pH?3.0)，As(III)吸附量可達(dá)217.85mg?g-1(pH?7.0)。該吸附劑可重復(fù)使用7次。本發(fā)明專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于，提供了一種低成本，高吸附量，環(huán)境友好的類天然礦物吸附劑對(duì)As(V)和As(III)進(jìn)行吸附，并且吸附劑可以被強(qiáng)酸溶解，不會(huì)造成固體廢棄物二次污染。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種處理含五價(jià)砷[As(V)]和三價(jià)砷[As(III)]廢水的方法，特別是涉及一種利用具有高比表面積的施氏礦物作為吸附劑處理水中As(V)和As(III)的方法。
技術(shù)介紹
砷及其化合物具有較大毒性，并且具有致癌性。工業(yè)廢水中的砷若不經(jīng)處理而流入自然環(huán)境中后，可對(duì)人體健康造成嚴(yán)重?fù)p害，導(dǎo)致急性、慢性中毒乃至癌癥。含砷工業(yè)廢水來(lái)源廣泛，礦山開(kāi)采、冶金、化工、發(fā)電、造紙等行業(yè)排放的廢水中均含有大量的砷。每年僅因?yàn)橐睙掋~、鋅、鉛這三種金屬，就會(huì)造成約數(shù)萬(wàn)噸砷的排放。因此，處理含砷工業(yè)廢水對(duì)于環(huán)境保護(hù)和人類健康極為重要。傳統(tǒng)含砷廢水處理方法主要為沉淀法、吸附法、氧化法、離子交換法以及生化法。但是沉淀法和生化法需要投加大量的沉淀劑或活性污泥，而且最終產(chǎn)物仍然難于處理，產(chǎn)生大量含砷廢渣，長(zhǎng)期堆積容易造成二次污染；氧化法因?yàn)榉磻?yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程緩慢，投資高，從而限制了其實(shí)際應(yīng)用；離子交換法成本過(guò)高，難以進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。傳統(tǒng)砷吸附劑主要是不溶于水的固體材料，例如活性炭和硅鋁氧化物，這些吸附劑對(duì)砷的吸附量較低，一般每克吸附劑只能吸附幾十毫克的砷，同時(shí)造成大量的含砷固體廢棄物，造成二次污染，并且吸附劑與砷之間有較強(qiáng)的吸附作用使得吸附劑的回收、再生、再利用困難。為了進(jìn)一步提高砷的處理能力，減少二次污染，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益，亟需一種吸附量高、成本低、環(huán)境友好的高效吸附劑。施氏礦物(schwertmannite)是一種輕基硫酸鐵鹽,廣泛存在于礦山酸性廢水(AMD)及含硫酸性土壤(ASS)環(huán)境中，其分子組成為Fe8O8 (OH) 8_2x (SO4)x (I彡x彡I. 75)。已有研究發(fā)現(xiàn)，礦山酸性廢水中雖然含有大量砷，但是若同時(shí)存在施式礦物，廢水中砷含量大幅降低，而施式礦物可吸附高含量的砷。本研究人工合成了比自然環(huán)境中具有更大比表面積的施式礦物，在不同條件下對(duì)含砷廢水進(jìn)行吸附。結(jié)果表明，所合成的高比表面積施式礦物在不同pH條件，不同離子強(qiáng)度及不同種類共存離子存在下，對(duì)As (V)和As(III)均保持了高吸附性能。本專利技術(shù)的意義在于合成了一種對(duì)砷具有高效吸附能力的環(huán)境友好吸附劑；同時(shí)，此吸附劑易于溶解在強(qiáng)酸溶液中，從而解決了固態(tài)吸附劑二次污染的環(huán)境問(wèn)題，對(duì)我國(guó)開(kāi)發(fā)具有高效、簡(jiǎn)易、低耗，低成本，環(huán)境友好的吸附劑具有重要的指導(dǎo)意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是克服傳統(tǒng)技術(shù)中的不足，提供一種高吸附率、低成本、環(huán)境友好的礦物吸附劑，并利用合成的吸附劑處理工業(yè)廢水中的As(V)和As(III)。本專利技術(shù)的技術(shù)方案概述如下一種高比表面積施氏礦物(schwertmannite)作為吸附劑處理As(V)和As(III)的方法包括如下步驟(I)高比表面積羥基硫酸鐵鹽的制備反應(yīng)器中加入500mL蒸餾水，在70_90°C水浴中預(yù)熱，稱取2. 0-4. Og硫酸鐵固體[Fe2 (SO4) 3],倒入已預(yù)熱的500mL蒸懼水中，迅速插入機(jī)械攪拌槳，維持溫度恒定進(jìn)行攪拌l_2h，停止攪拌，冷卻，傾倒上清液，固體用蒸餾水洗滌 3次，每次500mL，離心分離，冷凍干燥，得到比表面積為325. 52m2 g—1的羥基硫酸鐵鹽吸附劑。(2)將O. 15g步驟(I)合成的吸附劑加入到體積為150mL的含砷廢水中用于吸附As (V)，As (V)的初始濃度為10-500mg · Λ操作條件是初始pH為2. 0-12. O,攪拌速度為100-200轉(zhuǎn)/分鐘，反應(yīng)時(shí)間為3-5小時(shí)，處理后的混合液通過(guò)離心分離，上清液檢測(cè) As (V)。(3)將O. 15g步驟⑴合成的吸附劑加入到體積為150mL的含砷廢水中用于吸附 As (III)，As(III)的初始濃度為10-500mg · Λ操作條件是初始pH為2. 0-12. 0，攪拌速 度為100-200轉(zhuǎn)/分鐘，反應(yīng)時(shí)間為3-5小時(shí)，處理后的混合液通過(guò)離心分離，上清液檢測(cè) As(III)。(4)將(2)或(3)中分離后的吸附劑再次加入體積為150mL，As(V)或As (III)濃度為IOOmg L-1的含砷廢水中用于再次吸附砷，同(2) (3)進(jìn)行處理，檢驗(yàn)處理后水中砷濃度，循環(huán)使用。(5)將已循環(huán)使用6-9次的吸附劑用20-30mL 65% HNO3溶解，回收高濃度的砷溶液，得到體積為20-30ml,As(V)濃度為720mg L-1或As (III)濃度為596mg L-1的含砷溶液。優(yōu)選的條件是所述步驟(I)中溫度為85°C，2.6gFe2(S04)3。所述步驟(2)中，As(V)濃度為IOOmg L-1，pH為7. O，攪拌速度140轉(zhuǎn)/分鐘，反應(yīng)時(shí)間3小時(shí)。所述步驟(3)中，As(III)濃度為IOOmg L-1，pH為7. O，攪拌速度140轉(zhuǎn)/分鐘， 反應(yīng)時(shí)間3小時(shí)。所訴步驟(5)中，使用25mLHN03。本專利技術(shù)涉及一種從廢水中去除As (V)和As(III)的方法，采用高比表面積的羥基硫酸鐵鹽從廢水中回收As (V)和As (III)。與普通的砷回收方法相比，本專利技術(shù)的吸附劑對(duì) As(V)吸附量可達(dá) 182. 86mg g_1 (pH 3.0) MAs(III)吸附量可達(dá) 217. 85mg g_1 (pH 7.0)。 As (V)回收濃度可達(dá)720mg L-1 (體積為25mL)，As (III)回收濃度可達(dá)596mg L-1 (體積為 25mL)。同時(shí)，本專利技術(shù)的吸附劑對(duì)As (V)和As(III)的吸附能力不受高濃度硫酸根、氯離子、 硝酸根離子的干擾。因此本專利技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保的高效砷吸附劑。附圖說(shuō)明圖I為本專利技術(shù)中的吸附劑在吸附砷前后的XRD圖譜分析，圖Ia為所合成的吸附劑，圖Ib為吸附有As (V)的吸附劑，圖Ic為吸附有As(III)的吸附劑。圖2為本專利技術(shù)中吸附劑在吸附砷前后的透射電鏡圖像(TEM)分析。圖2a為所合成的吸附劑，圖2b為吸附有As (V)的吸附劑，圖2c為吸附有As (III)的吸附劑。圖3a與圖3b為本專利技術(shù)中的吸附劑在pH 3. O或7. O的條件下分別對(duì)As (V)和 As(III)的吸附能力分析。圖4為本專利技術(shù)中的吸附劑在不同pH條件下對(duì)砷吸附能力比較。圖5為本專利技術(shù)中的吸附劑的循環(huán)使用性能分析。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步的說(shuō)明實(shí)施例II)分別稱取干燥固體吸附劑30mg于若干錐形瓶中。2)分別配制含有As (V)濃度為20-550mg Γ1的O. Imol T1NaCl溶液30mL,含有As(III)濃度為IO-IOOmg L—1的O. Imol T1NaCl溶液30mL。將各溶液加入已稱有吸附劑的錐形瓶中。 3)用6mol T1HCl和6mol Γ1 NaOH溶液準(zhǔn)確調(diào)節(jié)懸濁液pH 3. O或7. O。4)將懸池液置于水浴振蕩器中搖動(dòng),水浴溫度25°C,震蕩器轉(zhuǎn)速140轉(zhuǎn)/分鐘。5)3h后，離心分離懸濁液，離心機(jī)轉(zhuǎn)速12000轉(zhuǎn)/分鐘，測(cè)定溶液中砷濃度。實(shí)施結(jié)果表明在pH 3. O條件下，吸附劑對(duì)As(V)吸附量為182. 86mg g_\對(duì)As(III)吸附量為45. 50mg g-1 ；^pH 7· O條件下，吸附劑對(duì)As (V)吸附量為*143. 25mg g—1，對(duì) As (III)吸附量為 217.85mg g'本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高比表面積施氏礦物吸附劑處理水中砷的方法，其特征在于包括以下步驟：(1)高比表面積施氏礦物吸附劑的制備：反應(yīng)器中加入500mL蒸餾水，在70?90℃水浴中預(yù)熱，稱取2.0?4.0g硫酸鐵固體[Fe2(SO4)3]，倒入已預(yù)熱的500mL蒸餾水中，迅速插入機(jī)械攪拌槳，維持溫度恒定進(jìn)行攪拌1?2h，停止攪拌，冷卻，傾倒上清液，固體用蒸餾水洗滌3次，每次500mL，離心分離，冷凍干燥；(2)將0.15g步驟(1)制備的吸附劑加入到體積為150mL的含砷廢水中用于吸附As(V)，As(V)的初始濃度為10?500mg?L?1，操作條件是：溫度為20?40℃，初始pH為2.0?12.0，攪拌速度為100?200轉(zhuǎn)/分鐘，反應(yīng)時(shí)間為3?5小時(shí)，處理后的混合液通過(guò)離心分離。(3)將0.15g步驟(1)合成的吸附劑加入到體積為150mL的含砷廢水中用于吸附As(III)，As(III)的初始濃度為10?500mg?L?1，操作條件是：溫度為20?40℃，初始pH為2.0?12.0，攪拌速度為100?200轉(zhuǎn)/分鐘，反應(yīng)時(shí)間為3?5小時(shí)，處理后的混合液通過(guò)離心分離。(4)將(2)或(3)中分離后的吸附劑再次加入體積為150mL，As(V)或As(III)濃度為100mg?L?1的含砷廢水中用于再次吸附砷，同(2)(3)進(jìn)行處理，檢驗(yàn)處理后水中砷濃度，循環(huán)使用。(5)將已循環(huán)使用6?9次的吸附劑用20?30mL?65％HNO3溶解，回收高濃度的砷溶液，得到體積為20?30mL，As(V)濃度為720mg?L?1或As(III)濃度為596mg?L?1的含砷溶液。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種高比表面積施氏礦物吸附劑處理水中砷的方法，其特征在于包括以下步驟 (1)高比表面積施氏礦物吸附劑的制備反應(yīng)器中加入500mL蒸餾水，在70-90°C水浴中預(yù)熱，稱取2. 0-4. Og硫酸鐵固體[Fe2 (SO4)3]，倒入已預(yù)熱的500mL蒸餾水中，迅速插入機(jī)械攪拌槳，維持溫度恒定進(jìn)行攪拌l_2h，停止攪拌，冷卻，傾倒上清液，固體用蒸餾水洗滌3次，每次500mL，離心分離，冷凍干燥； (2)將0.15g步驟(I)制備的吸附劑加入到體積為150mL的含砷廢水中用于吸附As(V)，As(V)的初始濃度為10-500mg L'操作條件是溫度為20_40°C，初始pH為2.0-12. 0，攪拌速度為100-200轉(zhuǎn)/分鐘，反應(yīng)時(shí)間為3-5小時(shí)，處理后的混合液通過(guò)離心分離。(3)將0.15g步驟(I)合成的吸附劑加入到體積為150mL的含砷廢水中用于吸附As (III)，As(III)的初始濃度為10-500mg L'操作條件是溫度為20_40°C，初始pH為2.0-12. 0，攪拌速度為100-200轉(zhuǎn)/分鐘，反應(yīng)時(shí)間為3-5小時(shí)，處理后的混合液通過(guò)離心分離。(4)將⑵或(3)中分離后的吸附劑再次加入體積為150mL，As(V)或As(III)濃度為IOOmg L-1的含砷廢水中用于再次吸附砷，同⑵(3)進(jìn)行處理，檢驗(yàn)處理后水中砷濃度，循環(huán)使用。(5)將已循環(huán)使用6-9次的吸附劑用20-30mL65% HNO3溶解，回收高濃度的砷溶液，得到體積為20-30mL, As (V)濃度為720mg L—1或As(III)濃度為596mg L-1的含砷溶液。2...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：韓煦，王為民，王健，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：天津工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：