本發(fā)明屬于地下水處理技術領域，具體涉及一種除砷材料及其制備方法和在農村地下水除砷中的應用。

背景技術：

地下水是一種十分重要的飲用水資源，尤其在我國廣大農村地區(qū)。然而，原生的高砷地下水在我國的新疆、內蒙古、山西、長江三角洲以及珠江三角洲等地廣泛分布。長期飲用高砷地下水會使得人們產生神經衰弱等健康問題，突出表現(xiàn)為多樣性皮膚損害和多發(fā)性神經炎。目前，我國的《地下水水質標準》中規(guī)定可直接飲用的III類水砷的標準限值為0.01mg/L。

天然地下水中，砷主要以三價或五價的無機砷形式存在，有機砷含量往往可以忽略不計。近幾十年，國內外對水中無機砷的去除技術進行了深入研究，可去除水中砷的方法有離子交換、混凝、膜分離以及吸附等方法。離子交換技術可通過離子的競爭交換作用去除水中的砷氧陰離子而達到除砷目的，但離子交換作用受其他陰離子如氯離子、重碳酸根等的干擾影響較大，因此，離子交換技術較為適宜于低離子強度的地表水除砷，而不適宜于離子強度相對偏高的地下水除砷?；炷榧夹g適合于水廠中大規(guī)模的除砷體系，將其應用到農村分散性的地下水除砷則費用過于昂貴。膜分離技術中采用反滲透技術也可去除水中的砷，但用于農村分散性的地下水除砷則處理成本偏高且會產生濃水等次生問題。相比之下，吸附技術較為適宜于農村分散性的地下水除砷。

然而，目前的吸附技術用于農村地下水除砷均存在一些明顯的缺陷：如處理成本偏高、應用方法復雜或產生次生污染等。例如，專利文件(申請?zhí)枺篊N201010210241.0)公開了一種去除地下水砷的方法，該方法可用于農村分散性的地下水除砷，且除砷成本低廉，但其缺陷是應用方法復雜，需經過混合吸附反應、沉淀、多重過濾(砂介質過濾、膜過濾)等單元實現(xiàn)固液分離來除砷，尤其是最終的膜過濾單元，對于我國廣大農村的公民來說，其操作難度明顯偏高，此外，該方法中加入的鐵鹽、鋁鹽等化學物質會存在反應不完全現(xiàn)象，使得水中的鐵離子、鋁離子濃度升高，進而導致次生污染問題。專利文件(申請?zhí)枺篊N201510247526.4)中公開了一種去除地下水砷的材料，在用于除砷時表現(xiàn)為使用方便和無次生污染等優(yōu)點，但該材料本身制備程序復雜、除砷效率偏低，因此不利于廣大農村低收入階層的地下水除砷。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一是提供一種除砷材料及其制備方法，以解決現(xiàn)有除砷材料成本偏高，使用復雜，容易產生二次污染的問題。

本發(fā)明的目的之二是提供上述除砷材料在農村地下水除砷中的應用。

本發(fā)明的目的一是通過以下技術方案實現(xiàn)的：本發(fā)明所提供的除砷材料由高嶺石、三氯化鐵和氯化亞鐵按質量比1:0.2～0.6:0.01～0.03經混合、固著、凍干形成的微米級高嶺石-針鐵礦復合材料，所述高嶺石為在純水中超聲分散后懸浮時間在6～72h之間的高嶺石顆粒。

本發(fā)明提供了上述除砷材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將高嶺土加入到純水中進行超聲分散0.5～2h，靜置6h后通過虹吸取懸浮液，將所取懸浮液再靜置72h后分層，用虹吸去除懸浮液得到沉淀物，沉淀物經凍干得到高嶺石顆粒；

（2）在步驟（1）所得的高嶺石顆粒中加入4～10倍質量的純水，然后進行超聲分散0.5～2h形成混懸液；

（3）對步驟（2）所得混懸液進行攪拌，同時加入三氯化鐵并調節(jié)混懸液pH至5.5～6.5，然后向混懸液中通氮氣0.5～1h，所加入的三氯化鐵與步驟（1）所得高嶺石顆粒的質量比為0.2～0.6:1；

（4）步驟（3）后，加入氯化亞鐵至混懸液中并保持通氮氣，再次調節(jié)混懸液pH至5.5～6.5，繼續(xù)通氮氣0.5～1h后密封混懸液，所加入的氯化亞鐵與步驟（1）所得高嶺石顆粒的質量比為0.01～0.03:1；

（5）將密封的懸浮液置于50~60℃條件下5～6天，之后取出置于室溫條件下靜置30天，之后開封取出其中的沉淀物用純水進行淋洗，最后進行凍干制得除砷材料成品。

步驟（3）中，用磁力攪拌儀對混懸液進行攪拌。

步驟（3）和（4）中，用氫氧化鈉調節(jié)pH值。

步驟（5）中，沉淀物用純水淋洗至淋洗液電導率小于10μS/cm。

本發(fā)明的目的二是通過以下技術方案實現(xiàn)的：一種除砷材料在農村地下水除砷中的應用，

按除砷材料和砷的質量比為4000～10000:1向高砷地下水中投放除砷材料，并進行充分攪拌混合8～24h，然后靜置24～72h至固液徹底分離，最后利用虹吸取上清液得除砷后的地下水。

本發(fā)明的有益效果如下：

1）本發(fā)明的材料安全環(huán)保、便于運輸、保質期長久，使用該材料去除水中砷不會產生次生污染問題；

2）本發(fā)明除砷材料的制備原料簡單易得，方法易于掌握，整體成本低廉；

3）本發(fā)明所涉及除砷階段的應用極其簡單，操作極為方便，適宜我國廣大農村地區(qū)大多低學歷人群的使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明除砷材料于掃描電鏡1微米尺度條件下的微觀形貌。

圖2為本發(fā)明除砷材料于掃描電鏡20微米尺度條件下的微觀形貌。

具體實施方式

實施例1

1）稱取分析純級高嶺土400g加入到已放置1L純水的燒杯中，將燒杯置于細胞破碎儀下進行超聲分散1h，靜置6h后通過虹吸取懸浮液至另一燒杯，對剩余沉積的高嶺土3次循環(huán)重復前述的加純水、超聲、靜置、虹吸的步驟，將每次所取的懸浮液靜置72h后分層，用虹吸去除懸浮液得沉淀物，將沉淀物放置于真空冷凍干燥儀中進行凍干制得高嶺石顆粒48.5g；

2）將制得的高嶺石顆粒倒入燒杯中，加入400mL純水置于細胞破碎儀下進行超聲分散1h形成混懸液；

3）將混懸液移至磁力攪拌儀上進行攪拌，同時加入1mol/L的三氯化鐵溶液95mL至混懸液中，加入微量氫氧化鈉調節(jié)混懸液的pH至6，然后向混懸液中通氮氣0.5h；

4）向持續(xù)通氮氣并攪拌著的混懸液中加入1mol/L的氯化亞鐵溶液6.1mL，再次加入微量氫氧化鈉調節(jié)混懸液的pH至6，繼續(xù)攪拌并通氮氣1h后密封混懸液；

5）將密封的混懸液置于水浴鍋中55℃條件下5天，之后取出置于室溫條件下靜置30天，之后開封取出其中的沉淀物用純水進行多次淋洗至淋洗液電導率為小于10μS/cm，最后置于真空冷凍干燥儀中進行凍干制得成品A。

將微量成品A置于掃描電鏡下觀察，如圖1和圖2所示，可直觀看到高嶺石顆粒表面已被固著一些針鐵礦，所制得的高嶺石-針鐵礦復合材料基本為0.5～5μm之間的顆粒。

上述所得除砷材料A對水中砷的去除效果如下：

分別配置濃度為0.02mg/L、0.04mg/L、0.06 mg/L、0.08mg/L、0.1mg/L、0.15mg/L、0.2mg/L的三價無機砷和五價無機砷的高砷水樣各7組，每組水樣40mL，分別加入40mg的除砷材料A，室溫條件下混合反應24h，處理后的水樣砷濃度如表1和表2所示。表1為除砷材料對三價砷的去除效果，表2為除砷材料對五價砷的去除效果，采用氫化物發(fā)生原子熒光光度法測定水中砷的濃度。

表1 ：

表2 ：

由表可知，本發(fā)明除砷材料對三價無機砷和五價無機砷都具有良好的吸附效果，可應用于高砷地下水（砷含量一般小于0.1 mg/L）的除砷。

實施例2

1）稱取分析純級高嶺土150g加入到已放置1L純水的燒杯中，將燒杯置于細胞破碎儀下進行超聲分散1h，靜置6h后通過虹吸取懸浮液至另一燒杯，對剩余沉積的高嶺土3次循環(huán)重復前述的加純水、超聲、靜置、虹吸的步驟，將每次所取的懸浮液靜置72h后分層，用虹吸去除懸浮液得沉淀物，將沉淀物放置于真空冷凍干燥儀中進行凍干制得高嶺石顆粒20g；

2）將制得的高嶺石顆粒倒入燒杯中，加入200mL純水置于細胞破碎儀下進行超聲分散1h形成混懸液；

3）將混懸液移至磁力攪拌儀上進行攪拌，同時加入1mol/L的三氯化鐵溶液24.7mL至混懸液中，加入微量氫氧化鈉調節(jié)混懸液的pH至6，然后向混懸液中通氮氣0.5h；

4）向持續(xù)通氮氣并攪拌著的混懸液中加入1mol/L的氯化亞鐵溶液1.58mL，再次加入微量氫氧化鈉調節(jié)混懸液的pH至6，繼續(xù)攪拌并通氮氣1h后密封混懸液；

5）將密封的混懸液置于水浴鍋中55℃條件下5天，之后取出置于室溫條件下靜置30天，之后開封取出其中的沉淀物用純水進行多次淋洗至淋洗液電導率為小于10μS/cm，最后置于真空冷凍干燥儀中進行凍干制得成品-材料B。

實施例3

1）稱取分析純級高嶺土150g加入到已放置1L純水的燒杯中，將燒杯置于細胞破碎儀下進行超聲分散1h，靜置6h后通過虹吸取懸浮液至另一燒杯，對剩余沉積的高嶺土3次循環(huán)重復前述的加純水、超聲、靜置、虹吸的步驟，將每次所取的懸浮液靜置72h后分層，用虹吸去除懸浮液得沉淀物，將沉淀物放置于真空冷凍干燥儀中進行凍干制得高嶺石顆粒20g；

2）將制得的高嶺石顆粒倒入燒杯中，加入200mL純水置于細胞破碎儀下進行超聲分散1h形成混懸液；

3）將混懸液移至磁力攪拌儀上進行攪拌，同時加入1mol/L的三氯化鐵溶液74mL至混懸液中，加入微量氫氧化鈉調節(jié)混懸液的pH至6，然后向混懸液中通氮氣0.5h；

4）向持續(xù)通氮氣并攪拌著的混懸液中加入1mol/L的氯化亞鐵溶液4.73mL，再次加入微量氫氧化鈉調節(jié)混懸液的pH至6，繼續(xù)攪拌并通氮氣1h后密封混懸液；

5）將密封的混懸液置于水浴鍋中55℃條件下5天，之后取出置于室溫條件下靜置30天，之后開封取出其中的沉淀物用純水進行多次淋洗至淋洗液電導率為小于10μS/cm，最后置于真空冷凍干燥儀中進行凍干制得成品-材料C。

本發(fā)明所得除砷材料在高砷地下水中的應用方法如下：

1） 取砷濃度為0.05mg/L的高砷地下水15L，分為三份各5L，分別加入本發(fā)明的除砷材料A、B、C各2g、2.5g、1g置于攪拌儀上進行充分攪拌混合16h；

2）靜置48h至固液徹底分離，利用橡膠軟管通過虹吸取上清液，上清液的砷濃度分別為0.008mg/L、0.009mg/L、0.008mg/L，低于我國的可直接飲用的地下水III類水砷的標準限值。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干修改，這些修改也應視為本發(fā)明保護的范圍。