一种砷吸附材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种砷吸附材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：选用特定树脂，加入磷酸，加热，缓慢搅拌反应，过滤清洗至清洗液为中性,得到高酸容量的RGP树脂；将RGP树脂装入层析柱，再将足量的Zr+4酸性溶液缓慢过柱，直至层析柱出水中Zr+4的瞬时浓度与原液中接近；用适量清水冲洗Zr+4螯合后的RGP树脂至中性，制得Zr-RGP锆螯合酸性树脂。该树脂结构稳定，应用范围广，吸附能力强，能很好地适应于含盐废水或海水中砷的吸附回收，本吸附材料的更大特点在于改性螯合剂与树脂结合度强，不容易脱落，大大延长了吸附剂的使用寿命，进一步提高了使用吸附剂的经济性和环保意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种砷吸附材料的制备方法，具体涉及一种改性树脂的制备，用于吸附砷离子或砷酸根。
技术介绍
单质砷无毒性，砷化合物均有毒性。三价砷比五价砷毒性大，约为60倍；有机砷与无机砷毒性相似。人口服三氧化二砷中毒剂量为5～50mg，致死量约为0.76～1.95mg/kg，长期少量吸入或口服可产生慢性中毒。《污水综合排放标准》GB8978-1996中规定水中总砷含量要求低于0.5mg/L。环境水体中的砷特别是饮用水水源中的砷，是对人体的最大威胁。不同的水源含有的砷浓度不同，比如，很多地下水中由于砷矿的溶解等原因造成砷浓度较高；地表水中砷含量相对较低，一般0.1～0.8μg/L，但工业污染等原因可导致河流中砷浓度的升高。采矿、冶炼、冶金、发电、化工、农药、染料和制革行业都可能产生含砷废水；海水中也含有一定的砷及其化合物；因此有效降低水体中的砷，能够很大地改善人类的生存环境。现有的砷处理技术包括化学絮凝、膜法、电渗析、微生物法、吸附法等，最常用的是吸附法。吸附法对饮用水中砷的去除效率高，受外界条件干扰小，并且吸附材料可以再生重复使用，不会对环境造成二次污染。常用的吸附剂有活性氧化铝、羟基氧化铁、水合锰氧化物、纳米金属氧化物以及各种天然矿物等。但是吸附的性能通常受到很多因素的影响，导致应用受限。从20世纪80年代起，很多研究表明金属锆对三价砷和五价砷都具有很显著的吸附效果，吸附性能优于铁盐吸附剂；但锆的存在形式对砷的吸附效果影响很大，这方面并没有系统的研究；同时，不同的锆螯合树脂吸附能力不同，存在吸附量低，贯穿容量一般小于0.02mmol/mL(湿体积)，导致吸附成本增大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于通过选择特定树脂，经过螯合锆离子的技术改性，制备一种性能优良的砷吸附材料。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种砷吸附材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：选用特定树脂，加入磷酸，加热，缓慢搅拌反应，过滤清洗至清洗液为中性,得到高酸容量的RGP树脂；将RGP树脂装入层析柱，再将足量的Zr+4酸性溶液缓慢过柱，直至层析柱出水中Zr+4的瞬时浓度与原液中接近；用适量清水冲洗Zr+4螯合后的RGP树脂至中性，制得Zr-RGP锆螯合酸性树脂，即砷吸附材料。所述的特定树脂为聚甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯树脂，粒径32～60目，交联度5％～10％。所述的Zr+4酸性溶液为Zr酸盐的硝酸、硫酸或盐酸溶液，Zr+4浓度为0.01mol/L～0.07mol/L。所述的Zr+4酸性溶液pH＜2。所述的特定树脂加入磷酸后加热到50℃，缓慢搅拌反应5h。所述的Zr-RGP锆螯合酸性树脂可用于吸附As+3和As+5，且优先吸附As+3。所述的Zr-RGP锆螯合酸性树脂在[H+]＝6mol/L～[OH+]＝0.7mol/L范围内结构稳定。本专利技术的有益效果是：1)本专利技术中树脂改性方法简单，易操作；磷酸螯合树脂对金属锆具有很强的螯合能力，性能更稳定，节省使用成本；2)此方法制备的砷吸附树脂，可以同时吸附三价砷和五价砷，吸附速度快，吸附容量大，性能较现有吸附材料更优越；可重复利用，更有环保意义；3)该砷吸附材料锆螯合酸性树脂(Zr-RGP)耐强酸、有机溶剂和一定的碱性，在硝酸浓度6mol/L～氢氧化钠浓度0.76mol/L的范围内结构稳定，应用范围广，吸附能力强，每克干树脂对砷的最大吸附量可达1mmol；4)同时，氯化钠和硝酸钠等无机盐有助于增强树脂的吸附效果，因此此吸附材料能很好地适应于含盐废水或海水中砷的吸附回收。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面结合实施例进一步说明本专利技术，但不是对本专利技术的限制。以下实施例中：所用树脂均为可在市场上购买得到的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯树脂，粒径32～60目，交联度5％～10％(mol)；所用的测定锆和砷的方法均为原子发射光谱法。As(V)为As+5，As(III)为As+3，Zr(IV)为Zr+4。As(V)溶液由砷酸氢二钠配制，As(III)溶液由三氧化二砷配制；pH值由氢氧化钠或硫酸调节。实施例1～7配制吸附液所用水为自来水；实施例9中配制吸附用海水。实施例1：硝酸锆溶液配制：用硝酸将水调至pH＝2,调酸后的水中加入定量硝酸锆，配制0.01mol/L硝酸锆溶液，测Zr(IV)含量。As(V)溶液配制：称适量砷酸氢二钠，配制2.5mmol/L溶液，调pH＝2；测As(V)含量。取树脂20g，加入50ml磷酸，加热至50℃，缓慢搅拌，反应5h，过滤，用自来水充分清洗至洗脱液接近中性(约±0.1)，得到高酸容量的树脂(RGP)；取10mlRGP树脂装入层析柱，取50ml上述硝酸锆溶液缓慢过柱，直至层析柱出水中Zr(IV)的瞬时浓度与原液中接近(约±10％)；用适量清水冲洗Zr(IV)螯合后的RGP树脂至中性，得到锆螯合酸性树脂(Zr-RGP)，即砷吸附材料。将1200mLAs(V)溶液经过树脂吸附，速度1BV/h。将锆溶液螯合后出水和清洗出水合并后测量其中Zr(IV)含量；计算得出树脂中锆的螯合量为0.22mmol/mL(湿体积)；约0.72mmol/g(干树脂)。测量、计算吸附前后的溶液中As(V)量可得：As(V)饱和吸附量为0.176mmol/mL，约0.587mmol/g(干树脂)。处理体积＜50BV时，出水中As(V)含量检测不出。实施例2：硝酸锆溶液配制：用硫酸将水调至pH＝1.1,调酸后的水中加入定量硝酸锆，配制0.05mol/L硝酸锆溶液，测Zr(IV)含量。其他操作如实施例1。计算得出树脂中锆的螯合量为0.23mmol/mL(湿体积)；约0.77mmol/g(干树脂)；As(V)饱和吸附量为0.179mmol/mL，约0.597mmol/g(干树脂)。处理体积＜50BV时，出水中As(V)含量检测不出。实施例3：硝酸锆溶液配制：用盐酸将水调至pH＝0.8,调酸后的水中加入定量硝酸锆，配制0.07mol/L硝酸锆溶液，测Zr(IV)含量。其他操作如实施例1。测量、计算得出树脂中锆的螯合量为0.232mmol/mL(湿体积)；约0.773mmol/g(干树脂)；As(V)饱和吸附量为0.176mmol/mL，约0.586mmol/g(干树脂)。处理体积＜49BV时，出水中As(V)含量检测不出。实施例4：吸附液pH影响实验。As(V)溶液配制：称取适量砷酸氢二钠，充分溶解，调节pH＝13，稀释定容后，配制2.5mmol/L的As(V)溶液，测定As(V)含量。实施例1中的Zr-RGP树脂，用4％氢氧化钠溶液脱附后，水洗至中性，再次使用。分别测量脱附液和清洗水中锆含量。将1200mLAs(V)溶液经过树脂吸附，速度1BV/h。测量、计算得出：树脂脱附和清洗液中均未检测出锆。树脂中As(V)饱和吸附量为0.126mmol/mL，约0.42mmol/g(干树脂)。处理体积＜30BV时，出水中As(V)含量检测不出。实施例5：吸附液pH影响实验。As(V)溶液配制：称取适量砷酸氢二钠，充分溶解，调节pH＝3，配制2.5mmol/L的As(V)溶液，测定As(V)含量。实施例1中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种砷吸附材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：选用特定树脂，加入磷酸，加热，缓慢搅拌反应，过滤清洗至清洗液为中性,得到高酸容量的RGP树脂；将RGP树脂装入层析柱，再将足量的Zr+4酸性溶液缓慢过柱，直至层析柱出水中Zr+4的瞬时浓度与原液中接近；用适量清水冲洗Zr+4螯合后的RGP树脂至中性，制得Zr‑RGP锆螯合酸性树脂，即砷吸附材料。

【技术特征摘要】
1.一种砷吸附材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：选用特定树脂，加入磷酸，加热，缓慢搅拌反应，过滤清洗至清洗液为中性,得到高酸容量的RGP树脂；将RGP树脂装入层析柱，再将足量的Zr+4酸性溶液缓慢过柱，直至层析柱出水中Zr+4的瞬时浓度与原液中接近；用适量清水冲洗Zr+4螯合后的RGP树脂至中性，制得Zr-RGP锆螯合酸性树脂，即砷吸附材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的特定树脂为聚甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯树脂，粒径32～60目，交联度5％～10％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的Zr+4酸性溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱小平，
申请(专利权)人：朱小平，
类型：发明
国别省市：安徽;34