吸附去除水中五價無機砷的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種吸附去除水中五價無機砷的方法。(1)在含As(V)的水中投入亞鐵鹽；(2)在含As(V)的水中投入碳化物材料；(3)使亞鐵鹽與碳化物材料在水中充分混合。Fe2+在碳化物材料表面進行擴散吸附，與碳化物材料表面基團絡(luò)合，為水中As(V)提供活性吸附位，實現(xiàn)對水體中含有的As(V)的高效吸附，從而達到有效去除水中As(V)的目的。本發(fā)明不需要昂貴而復雜的金屬吸附材料的制備過程，不會產(chǎn)生二次污染，所提供的除砷方法，能夠大大提高單純碳化物材料吸附材料的除砷效能，可用于控制飲用水、地下水、工業(yè)含砷廢水和污水二沉池出水中的砷濃度，達到國家相關(guān)標準。
【專利說明】吸附去除水中五價無機砷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種水處理方法，具體地說是一種去除水中As(V)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]砷(As)是水中的一類典型污染物，其污染問題主要體現(xiàn)在地下水中。自然界中的砷通常以無機砷(亞砷酸鹽和砷酸鹽)的形式存在，也含有少量甲砷酸(MMA)和二甲基砷酸(DMA)等有機砷。這些砷化物的毒性大小由高到低依次為:無機砷(III) >有機砷(III)>無機砷(V) >有機砷(V)，其中，三價無機砷As (III)的毒性是五價無機砷As (V)的60倍，也是砷在地下水中的主要存在形式，通過氧化方式As (III)很容易轉(zhuǎn)化為As (V)，因此，在水處理過程中，As(V)是控制的主要砷污染物。
[0003]系統(tǒng)研究表明，長期暴露于低劑量含砷飲用水可導致機體慢性砷中毒，進而引發(fā)遺傳中毒、心肌萎縮、糖尿病、免疫系統(tǒng)削弱等疾病，長期暴露于高濃度的砷飲用水可導致皮膚癌、肺癌等，世界衛(wèi)生組織(WHO)和美國環(huán)保局(USEPA)等權(quán)威機構(gòu)已將砷化合物確認為致癌物，因此，WHO、USEPA、歐盟、日本、中國等國規(guī)定飲用水中最高允許含砷質(zhì)量濃度由原來的50 μ g/L降為10 μ g/Lo近年來,南美洲的智利北部地區(qū)地下水受砷污染極為嚴重，是世界范圍內(nèi)地下水受砷污染最為嚴重的國家，最高檢出濃度高達21mg/L ;東南亞和北美洲的一些國家的地下水也受到了砷的嚴重污染，濃度高達10mg/L ;我國高砷地下水區(qū)主要分布在內(nèi)蒙、新疆、山西、臺灣等省(自治區(qū))區(qū)的40個縣(旗、市)，地下水中最高檢出濃度約為2mg/L，并且飲水中砷含量大于50 μ g/L的高砷暴露人口已超過近百萬人。這些高砷污染造成了很多地方性的砷中毒事件，成為世界飲用水安全的一大問題。國家“十二五”地方病防治規(guī)劃明確提出對地方性砷污染要進行降砷工程建設(shè)，確保生活飲用水符合國家衛(wèi)生標準，可見，控制水中的砷污染，勢在必行。
[0004]常規(guī)水處理(混凝、沉淀、過濾)過程對水中As (V)的去除能力十分有限。吸附技術(shù)是去除水中污染物的一種有效技術(shù)，目前關(guān)于水中砷的吸附研究，多數(shù)集中在金屬氧化物吸附上，并且此類吸附劑具有很好的除砷效能，然而，金屬氧化物吸附存在價格昂貴、再生困難、運行維護成本高等問題，很難應(yīng)用于現(xiàn)有水廠中，特別是對于一些落后高砷地區(qū)，無飲用水處理廠，更難被直接使用。相比而言，活性炭是一種很好的吸附材料，已被廣泛用于水中有機物和無機物的去除，采用活性炭吸附被認為是控制水中污染物的一種簡單、經(jīng)濟和便于實際應(yīng)用的有效技術(shù)。商用活性炭已被報道對As (V)具有一定的吸附能力，但除砷能力較金屬氧化物等其它吸附材料差，故采用活性炭直接吸附除砷報道較少，更多的是采用在炭表面沉積金屬氧化物的方法來提高砷的吸附能力，然而這種方式會造成金屬氧化物在活性炭表面沉積分布不均勻，進而造成活性炭局部累積吸附與吸附能力難于充分發(fā)揮、受體系PH影響大(pH< 3最好)、降低對共存有機物的去除等問題，大大地限制了活性炭載金屬氧化物材料除砷的處理效能及實際推廣應(yīng)用。基于這些問題，從污染控制和技術(shù)應(yīng)用角度考慮，尋求一種有效強化活性炭吸附除砷技術(shù)的方法，控制水中的砷污染，具有深遠的意義。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種去除效果好，成本低的吸附去除水中五價無機砷的方法。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0007](I)在含As (V)的水中投入亞鐵鹽；
[0008](2)在含As (V)的水中投入碳化物材料；
[0009](3)使亞鐵鹽與碳化物材料在水中充分混合。
[0010]上述步驟(1)與(2)并無順序上的先后之分，可先投入亞鐵鹽，亦可先投入碳化物材料，亦可將亞鐵鹽和碳化物材料同時投入至待處理水中。
[0011]本發(fā)明還可以包括:
[0012]1、所述亞鐵鹽為氯化亞鐵、或硫酸亞鐵或其組合。投入的亞鐵鹽Fe2+與水中As(V)的摩爾比為0.25:1~8:1。投入的亞鐵鹽Fe2+與水中As(V)的摩爾比優(yōu)選為4:1。
[0013]2、所述碳化物材料為活性炭、碳納米管、碳纖維或其組合。投入的碳化物材料的質(zhì)量與亞鐵鹽中Fe2+的質(zhì)量比為20:1~1600:1。投入的碳化物材料的質(zhì)量與亞鐵鹽中Fe2+的質(zhì)量比優(yōu)選為100:1。
[0014]本發(fā)明針對常規(guī)水處理工藝對水中As(V)吸附效果較差，金屬氧化物吸附技術(shù)受體系參數(shù)影響大、成本較高、再生困難等情況，提出了一種吸附去除水中As(V)的方法。
[0015]本發(fā)明的吸附去除水中As(V)的方法的反應(yīng)機理為:碳化物材料與亞鐵鹽按一定比例混合時，F(xiàn)e2+可通過擴散進入碳化物材料的孔內(nèi)(微孔、中孔、大孔)，與碳化物材料表面的酸性含氧基團絡(luò)合，為As (V)提供更多的吸附活性位，從而達到高效除As (V)的目的。
[0016]本發(fā)明的吸附去除水中As(V)的方法，相對于目前常規(guī)用來去除水中As(V)的混凝、沉淀、過濾、生物除砷方法等，具有吸附效率高、成本低廉、工藝簡單、運行維護方便等優(yōu)點；針對目前廣泛報道的金屬氧化物除砷吸附劑及應(yīng)用而言，本方法具有高效穩(wěn)定、成本低廉、可清洗再生、無金屬離子溶出、共存污染物去除效率高和便于現(xiàn)有水廠應(yīng)用等特點。
[0017]本發(fā)明通過向含As(V)的待處理水中投入適量的吸附劑(亞鐵鹽及碳化物材料)，攪拌使吸附劑在其中充分吸附。Fe2+在碳化物材料表面進行擴散吸附，與碳化物材料表面基團絡(luò)合，為水中As (V)提供活性吸附位，實現(xiàn)對水體中含有的As (V)的高效吸附，從而達到有效去除水中As(V)的目的。本發(fā)明不需要昂貴而復雜的金屬吸附材料的制備過程，不會產(chǎn)生二次污染，所提供的除砷方法，能夠大大提高單純碳化物材料吸附材料的除砷效能，可用于控制飲用水、地下水、工業(yè)含砷廢水和污水二沉池出水中的砷濃度，達到國家相關(guān)標準。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明所述的吸附去除水中As(V)的方法一的去除速率曲線圖，其中為方法一的吸附速率曲線，▲為純活性炭的吸附速率曲線。
[0019]圖2為本發(fā)明所述的吸附去除水中As(V)的方法二的去除速率曲線圖，其中為方法二的吸附速率曲線，▲為純活性炭的吸附速率曲線。
[0020]圖3為本發(fā)明所述的吸附去除水中As(V)的方法三的去除速率曲線圖，其中為方法三的吸附速率曲線，▲為純活性炭的吸附速率曲線。
[0021]圖4為本發(fā)明所述的吸附去除水中As (V)的方法三、方法四、方法五的去除速率曲線對比圖，其中為方法三的吸附速率曲線，▲為方法四的吸附速率曲線，?為方法五的吸附速率曲線。
[0022]圖5為本發(fā)明所述的吸附去除水中As(V)的方法六的去除速率曲線圖，其中為方法六的吸附速率曲線，▲為純碳納米管的吸附速率曲線。
[0023]圖6為本發(fā)明所述的吸附去除水中As(V)的方法七的去除速率曲線圖，其中為方法七的吸附速率曲線，▲為純碳纖維的吸附速率曲線。
[0024]圖7為本發(fā)明所述的吸附去除水中As(V)的方法八的去除速率曲線圖，其中為方法八的吸附速率曲線，▲為純活性炭與碳納米管質(zhì)量比1:1混合物的吸附速率曲線。
[0025]圖8為本發(fā)明所述的吸附去除水中As(V)的方法九的去除速率曲線圖，其中為方法九的吸附速率曲線，▲為純活性炭、碳納米管與碳纖維質(zhì)量比2:2:1混合物的吸附速率曲線。
【具體實施方式】
[0026]本發(fā)明技術(shù)方案包括但不限于下述所列舉的具體實施例。
[0027]方法一:向待處理含As (V)水中(其中As (V)的含量為5mg/L)，投加氯化亞鐵和活性炭，其中氯化亞鐵的投量根據(jù)Fe2+與As (V)的摩爾比為8:1計算而得；活性炭的投量根據(jù)活性炭與Fe2+的質(zhì)量比為20:1計算而得；混合后溶液的pH控制在7.0附近，溫度控制在25°C附近，150r/min條件下震蕩混合，使吸附劑在溶液中充分發(fā)揮作用，穩(wěn)定后，待處理水中As (V)的去除率接近于100%。圖1所示即為方法一吸附去除水中As (V)的過程情況，以及與純活性炭吸附情況的對比，可見方法一去除水中As(V)較原活性炭有顯著的提高。
[0028]方法二:向待處理含As (V)水中(其中As (V)的含量為5mg/L)，投加氯化亞鐵和活性炭，其中氯化亞鐵的投量根據(jù)Fe2+與As(V)的摩爾比為0.25:1計算而得；活性炭的投量根據(jù)活性炭與Fe2+的質(zhì)量比為1600:1計算而得；混合后溶液的pH控制在7.0附近，溫度控制在25°C附近，150r/min條件下震蕩混合，使吸附劑在溶液中充分發(fā)揮作用，穩(wěn)定后，待處理水中As (V)的去除率接近于60%。圖2所示即為方法二吸附去除水中As(V)的過程情況，以及與純活性炭吸附情況的對比，可見方法二去除水中As(V)較原活性炭有一定的提聞。
[0029]方法三:向待處理含As (V)水中(其中As (V)的含量為5mg/L)，投加氯化亞鐵和活性炭，其中氯化亞鐵的投量根據(jù)Fe2+與As (V)的摩爾比為4:1計算而得；活性炭的投量根據(jù)活性炭與Fe2+的質(zhì)量比為100:1計算而得；混合后溶液的pH控制在7.0附近，溫度控制在25°C附近，150r/min條件下震蕩混合，使吸附劑在溶液中充分發(fā)揮作用，穩(wěn)定后，待處理水中As (V)的去除率接近于100%。圖3所示即為方法三吸附去除水中As (V)的過程情況，以及與純活性炭吸附情況的對比，可見方法三去除水中As(V)較原活性炭有顯著的提高。
[0030]方法四:向待處理含As (V)水中(其中As (V)的含量為5mg/L)，投加氯化亞鐵和活性炭，其中氯化亞鐵的投量根據(jù)Fe2+與As (V)的摩爾比為4:1計算而得；活性炭的投量根據(jù)活性炭與Fe2+的質(zhì)量比為20:1計算而得；混合后溶液的pH控制在7.0附近，溫度控制在25°C附近，150r/min條件下震蕩混合，使吸附劑在溶液中充分發(fā)揮作用，穩(wěn)定后，待處理水中As (V)的去除率達到了 64%。
[0031]方法五:向待處理含As (V)水中(其中As (V)的含量為5mg/L)，投加氯化亞鐵和活性炭，其中氯化亞鐵的投量根據(jù)Fe2+與As (V)的摩爾比為4:1計算而得；活性炭的投量根據(jù)活性炭與Fe2+的質(zhì)量比為1600:1計算而得；混合后溶液的pH控制在7.0附近，溫度控制在25°C附近，150r/min條件下震蕩混合，使吸附劑在溶液中充分發(fā)揮作用，穩(wěn)定后，待處理水中As (V)的去除率接近于100%。
[0032]圖4所示即為上述去除水中As(V)的方法三、方法四、方法五吸附去除水中As(V)的過程中吸附速率對比曲線。可以看出，F(xiàn)e2+投量過高(即方法四)，As(V)的去除率相對較低；同時，F(xiàn)e2+投量過低(即方法五)，雖然As (V)的去除率相對較高，但高的去除率可能是由較高活性炭投量所致，故不經(jīng)濟。
[0033]方法六:向待處理含As (V)水中(其中As (V)的含量為5mg/L)，投加硫酸亞鐵和碳納米管，其中硫酸亞鐵的投量根據(jù)Fe2+與As (V)的摩爾比為4:1計算而得；碳納米管的投量根據(jù)碳納米管與Fe2+的質(zhì)量比為100:1計算而得；混合后溶液的pH控制在7.0附近，溫度控制在25°C附近，150r/min條件下震蕩混合，使吸附劑在溶液中充分發(fā)揮作用，穩(wěn)定后，待處理水中As (V)的去除率達到了 90%。圖5所示即為方法六吸附去除水中As (V)的過程情況，以及與純碳納米管吸附情況的對比，可見方法六去除水中As(V)較原碳納米管有顯著的提高。
[0034]方法七:向待處理含As (V)水中(其中As (V)的含量為5mg/L)，投加氯化亞鐵、硫酸亞鐵和碳纖維，其中水中Fe2+與所含As ( V )的摩爾比為4:1計算而得，氯化亞鐵與硫酸亞鐵按摩爾比1:1投加；碳纖維的投量根據(jù)碳纖維與水中Fe2+總量的質(zhì)量比為100:1計算而得；混合后溶液的PH控制在7.0附近，溫度控制在25°C附近，150r/min條件下震蕩混合，使吸附劑在溶液中充分發(fā)揮作用，穩(wěn)定后，待處理水中As(V)的去除率達到了 95%。圖6所示即為方法七吸附去除水中As(V)的過程情況，以及與純碳纖維吸附情況的對比，可見方法七去除水中As(V)較原碳納米管有顯著的提高。
[0035]方法八:向待處理含As (V)水中(其中As (V)的含量為5mg/L)，投加硫酸亞鐵、活性炭和碳納米管，其中硫酸亞鐵的投量根據(jù)Fe2+與As (V)的摩爾比為4:1計算而得；碳化物的投量根據(jù)其與Fe2+的質(zhì)量比為100:1計算而得，碳化物由活性炭和碳納米管按質(zhì)量比1:1投加而得；混合后溶液的PH控制在7.0附近，溫度控制在25°C附近，150r/min條件下震蕩混合，使吸附劑在溶液中充分發(fā)揮作用，穩(wěn)定后，待處理水中As(V)的去除率接近于100%。圖7所示即為方法八吸附去除水中As(V)的過程情況，以及與純活性炭與碳納米管質(zhì)量比1:1混合物吸附情況的對比，可見方法八去除水中As(V)較原純活性炭與碳納米管質(zhì)量比1:1混合物有顯著的提高。
[0036]方法九:向待處理含As (V)水中(其中As (V)的含量為5mg/L)，投加氯化亞鐵、硫酸亞鐵、活性炭、碳納米管和碳纖維，其中水中Fe2+與所含As (V)的摩爾比為4:1計算而得，氯化亞鐵與硫酸亞鐵按摩爾比3:2投加；碳化物的投量根據(jù)其與Fe2+的質(zhì)量比為100:1計算而得，碳化物由活性炭、碳納米管、碳纖維三者按質(zhì)量比2:2:1投加而得；混合后溶液的pH控制在7.0附近，溫度控制在25°C附近，150r/min條件下震蕩混合，使吸附劑在溶液中充分發(fā)揮作用，穩(wěn)定后，待處理水中As(V)的去除率接近于100%。圖8所示即為方法九吸附去除水中As (V)的過程情況，以及與純活性炭、碳納米管與碳纖維質(zhì)量比2:2:1混合物吸附情況的對比，可見 方法九去除水中As (V)較原純活性炭、碳納米管與碳纖維質(zhì)量比2:2:1混合物有顯著的提高。
【權(quán)利要求】
1.一種吸附去除水中五價無機砷的方法，其特征是: (1)在含As(V)的水中投入亞鐵鹽； (2)在含As(V)的水中投入碳化物材料； (3)使亞鐵鹽與碳化物材料在水中充分混合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附去除水中五價無機砷的方法，其特征是:所述亞鐵鹽為氯化亞鐵、或硫酸亞鐵或其組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的吸附去除水中五價無機砷的方法，其特征是:投入的亞鐵鹽Fe2+與水中As(V)的摩爾比為0.25:1~8:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的吸附去除水中五價無機砷的方法，其特征是:投入的亞鐵鹽Fe2+與水中As (V)的摩爾比為4:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任何所述的吸附去除水中五價無機砷的方法，其特征是:所述碳化物材料為活性炭、碳納米管、碳纖維或其組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的吸附去除水中五價無機砷的方法，其特征是:投入的碳化物材料的質(zhì)量與亞鐵鹽中Fe2+的質(zhì)量比為20:1~1600:1。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的吸附去除水中五價無機砷的方法，其特征是:投入的碳化物材料的質(zhì)量與亞鐵鹽中Fe2+的質(zhì)量比為100:1。
【文檔編號】C02F1/58GK104016435SQ201410234826
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】劉桂芳, 高遠, 閆紅梅, 李旭春, 李芬, 于樹芳 申請人:哈爾濱工程大學