專利名稱：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
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(lái)說(shuō)，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(lái)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(duì)較弱，約為三價(jià)砷的O. 02倍。當(dāng)前分析測(cè)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(cè)定，對(duì)于評(píng)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(guò)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(wèn)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-, HAsO42'As043_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O 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(kāi)始出現(xiàn)H2AsOf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H2As04_和HAs042_形態(tài)存在。因此借助季銨型纖維的吸附特性，通過(guò)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(duì)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(duì)As(III)和As (V)的其分離效率大于95%，具有投資少、操作簡(jiǎn)單方便，再生容易等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有不同價(jià)態(tài)砷不易分離的技術(shù)問(wèn)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(zhǎng)25mm，內(nèi)徑O. 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. O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(guò)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(jiǎn)化了分離過(guò)程，而對(duì)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O. 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. O的范圍內(nèi)，As(V)以H2As04_和HAs042_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(duì)As (III)基本不吸附，從而達(dá)到二者的分離，分離方法簡(jiǎn)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I.本發(fā)明的季銨型纖維具有較高的吸附容量，且對(duì)As (V)和As(III)具有較好的選擇吸附性能，可對(duì)As (V)和As (III)的重金屬?gòu)U水進(jìn)行治理，也可對(duì)As (V)和As (III)進(jìn)行有效的回收利用。2.纖維填充在微柱中，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，避免了纖維在酸性介質(zhì)中的流失，樣品分離完全，易洗脫，重復(fù)利用性能好。3.本發(fā)明的裝置比較簡(jiǎn)單，所用儀器設(shè)備普通常見(jiàn)，如控制閥，鐵架臺(tái)，操作簡(jiǎn)單，分離速度快，能進(jìn)行迅速有效的固相分離過(guò)程。.4.處理效果好。采用此方法使As (V)和As (III)溶液，分離效率可達(dá)95 %以上，分離效率高，成本低，操作簡(jiǎn)單方便。在最優(yōu)化條件下，吸附柱對(duì)砷含量在O. 5 12. Omg/L的樣品可達(dá)到快速、滿意的分離效果。


圖I :分離裝置圖
具體實(shí)施例方式按照?qǐng)DI將樣品器皿，纖維微柱，流路控制閥連接，然后對(duì)上述發(fā)明裝置進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化測(cè)試本發(fā)明設(shè)計(jì)的分離具體工藝為
pH3.5—6.0
初始濃度0.5 12mg/L;
流速I 5mL/min
樣品用最]0 50mL
纖維用μ20 100 mg.下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步敘述本發(fā)明具體實(shí)施例I
制備纖維填充量25mg的分離柱，將30mLAs (V)和As (III)濃度為lmg/L的溶液調(diào)制pH5. O左右，控制流速3mL/min流過(guò)分離裝置，分離過(guò)程在10分鐘內(nèi)完成分離，且對(duì)二者的分離效率達(dá)96.7%。具體實(shí)施例2
制備纖維填充量25mg的分離柱，將IOmLAs (V)和As (III)濃度為6mg/L的溶液調(diào)制pH5. O左右，控制流速3mL/min流過(guò)分離裝置，分離過(guò)程在4分鐘內(nèi)完成，且對(duì)二者的分離效率達(dá)96. 2%o具體實(shí)施例3制備纖維填充量25mg的分離柱，將30mLAs (V)和As (III)濃度為6mg/L的溶液調(diào)制pH5. O左右，控制流速lmL/min流過(guò)分離裝置，分離過(guò)程在30分鐘內(nèi)完成，且對(duì)二者的分離效率達(dá)95. 7%。具體實(shí)施例4制備纖維填充量50mg的分離柱，將IOmLAs (V)和As (III)濃度為12mg/L的溶液調(diào)制pH5. O左右，控制流速3mL/min流過(guò)分離裝置，分離過(guò)程在4分鐘內(nèi)完成，且對(duì)二者的分離效率達(dá)95. 3%。具體實(shí)施例5制備纖維填充量25mg的分離柱，將IOmLAs (V)和As (III)濃度為12mg/L的溶液調(diào)制pH5. O左右，控制流速lmL/min流過(guò)分離裝置，分離過(guò)程在10分鐘內(nèi)完成，且對(duì)二者的分離效率達(dá)95. 1%。
權(quán)利要求
1.一種從樣品溶液中分離三價(jià)砷和五價(jià)砷的方法，包括以下步驟微柱制備，裝置連接，樣品分離，柱子清洗，具體如下a.微柱制備第一步制備季銨型離子交換纖維，置于30 40度的烘箱中烘干，密閉，避光，低溫下保存；第二步將所述季銨型離子交換纖維填裝到微柱中，制成預(yù)分離富集微柱，稀硝酸洗滌后，再用純水洗至pH中性；b.裝置連接將樣品器皿，季銨型離子交換纖維微柱，流路控制閥依次連接，組裝成分離裝置；c.樣品分離第一步，稀硝酸以O(shè). 5 I. 5mL/min的流速洗漆流路I 2min ；第二步，用純水以2 15mL/min的流速洗漆流路至pH值中性；第三步，將樣品水溶液以I 6mL/min的流速依次通過(guò)分離裝置，與吸附介質(zhì)接觸，則預(yù)分離的金屬元素被吸附到纖維上，形成含有三價(jià)砷和被介質(zhì)結(jié)合的五價(jià)砷的混合液；第四步，用洗脫劑以O(shè). 5 3mL/min的流速將富集在季銨型離子交換纖維微柱上的金屬元素洗脫；d.柱子清洗第一步，用稀硝酸以I 5mL/min的流速洗漆流路I 2min ；第二步，用純水以8 12mL/min的流速洗滌流路去除殘留的離子，使得纖維再生。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟a中的所述季銨型離子交換纖維具有許多N(CH3)3帶正電荷的吸附部位。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟a中的所述季銨型離子交換纖維的填充量為10 50mg。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟a中的所述微柱規(guī)格為長(zhǎng)10 50mm，直徑O. 25 2mm。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟a中的所述微柱材料為PP、PE、PVDF中的一種。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟c第四步中的所述洗脫劑為稀NaOH、氨水、以及氯化銨-氨水中的一種或幾種。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟d中的所述稀硝酸濃度為O.5 Imol/L0
全文摘要
本發(fā)明提供一種用纖維填充微柱快速分離水中As(V)和As(III)的新方法，它涉及廢水凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種將季銨型纖維填充微柱，利用固相萃取裝置選擇性分離水中As(V)和As(III)方法。本發(fā)明要解決常用的As(V)和As(III)分離過(guò)程復(fù)雜，分離效率低，費(fèi)用高，限制其在水處現(xiàn)上應(yīng)用的技術(shù)問(wèn)題。分離As(V)和As(III)方法將自制的季銨型離子交換纖維填充微柱內(nèi)部，置于固相吸附分離裝置中，控制pH3.5～5.0的范圍內(nèi)，As(V)被選擇性吸附到纖維上，而對(duì)As(III)基本不吸附，從而達(dá)到二者的分離，分離方法簡(jiǎn)單，分離效率高，容易操作。
文檔編號(hào)C02F1/42GK102942240SQ201210533119
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者魏俊富, 郭海濤, 王會(huì)才 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)