一种深度去除水中砷的方法技术

本发明专利技术公开了一种深度去除水中砷的方法，该方法包括将铁酸铜CuFe2O4和过硫酸盐组成的复合体系加入含砷废水中，过硫酸盐包括过一硫酸盐和/或过二硫酸盐，以深度去除水中的砷，其中，铁酸铜与过硫酸盐的摩尔比为1～5∶1～15。本发明专利技术的方法工艺便捷性高，可实现高效氧化和深度除砷一体化处理，在去除水中砷方面有优异的性能，具有高度实用性，为含砷废水的处理提供有效的技术途径。

A method for deep removal of arsenic in water

The invention discloses a method for removing arsenic from water in depth. The method comprises adding a composite system composed of copper ferrite CuFe2O4 and persulfate into arsenic-containing wastewater. The persulfate includes persulfate and/or persulfate to remove arsenic from water in depth. The molar ratio of copper ferrite to persulfate is 1-5:1-1. 15. The method has the advantages of high convenience, high efficiency oxidation and deep arsenic removal, excellent performance in removing arsenic from water, high practicability, and provides an effective technical way for treating arsenic-containing wastewater.

【技术实现步骤摘要】
一种深度去除水中砷的方法
本专利技术属于水处理
，涉及一种深度去除水中砷的方法，具体涉及一种铁酸铜/过硫酸盐复合体系去除水中砷的方法。
技术介绍
环境中砷以五价砷和三价砷存在，尤其三价砷，具有高度稳定性和毒性，一旦进入环境，对生态环境和人类健康造成极大危害，而传统水处理工艺很难实现砷的去除。吸附是现有比较有效的除砷技术，目前常见的吸附剂是活性炭。然而，活性炭成本高、吸附容量低、再生利用性差的缺点限制了其大规模实际应用，出水难以达到安全用水标准。单一的吸附也没有降低三价砷的毒性。目前，一些高级氧化技术（如UV/H2O2、芬顿试剂、UV/亚硝酸盐、过硫酸盐以及UV/过硫酸盐等）用于三价砷的氧化，然后用吸附剂吸附。相比其它氧化剂，过硫酸盐易操作、反应产物污染少。然而，过硫酸盐氧化需要额外紫外光照或加热引发，氧化工艺和吸附工艺不能同时兼顾进行。目前已有专利报道采用过硫酸盐/铁粉/亚铁盐(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O复合体系用于砷的去除（申请号201610876924.7）。但是，申请人发现，该体系中加入过硫酸盐的目的是与铁元素（铁粉/亚铁盐）反应产生三价铁离子，三价铁离子只有在pH大于或等于7的碱性条件下（该专利为pH为7）转变为絮凝剂，然后沉淀五价砷，并且该专利技术工艺只对五价砷的去除有效。事实上，环境中砷以五价砷和三价砷共存，尤其三价砷，具有高度稳定性和毒性，浓度更高，一旦进入环境，对生态环境和人类健康造成极大危害。另外，含五价砷的絮凝物在水中分离困难，引起二次污染。另有一篇专利报道泡沫铁酸铜吸附水中砷的报道（申请号201710637495.2）。该吸附剂铁酸铜长在泡沫铁基底上，铁酸铜暴露有限，只有在较高温度（50℃），吸附容量才有所提高，实际自然水体温度远低于50℃，该吸附剂在长达180min内残留砷的浓度依然高于10µg/L（初始浓度为1000µg/L），达不到含砷废水的排放标准，需要额外处理工艺才能实现达标排放。并且该专利技术吸附剂仅用于五价砷的去除，对毒性比五价砷大的三价砷没有吸附。由上述可知，基于含三价砷废水的实际处理工艺要求，开发高效氧化-深度去除一体化方法是必要的。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种工艺便捷性高、可实现高效氧化和深度除砷一体化、除砷效果好且具有高度实用性的深度去除水中砷的方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种深度去除水中砷的方法，所述方法包括将铁酸铜CuFe2O4和过硫酸盐组成的复合体系加入含砷废水中，以深度去除水中的砷，其中，铁酸铜与过硫酸盐的摩尔比为1～5∶1～15。上述的深度去除水中砷的方法中，优选的，所述过硫酸盐包括过一硫酸盐和/或过二硫酸盐。上述的深度去除水中砷的方法中，优选的，所述过一硫酸盐包括过一硫酸钠、过一硫酸钾、过一硫酸氢钠和过一硫酸氢钾中的一种或多种。上述的深度去除水中砷的方法中，优选的，所述过二硫酸盐包括过二硫酸钠、过二硫酸钾、过二硫酸铵、过二硫酸氢钠和过二硫酸氢钾中的一种或多种。上述的深度去除水中砷的方法中，优选的，所述铁酸铜CuFe2O4为铁酸铜纳米颗粒，所述铁酸铜纳米颗粒的平均粒径为9nm～11nm，优选10nm。上述的深度去除水中砷的方法中，所述含砷废水的pH值控制在3～8范围内。上述的深度去除水中砷的方法中，优选的，所述含砷废水的pH值控制在4～6范围内。上述的深度去除水中砷的方法中，所述含砷废水的温度为10℃～40℃。上述的深度去除水中砷的方法中，优选的，所述含砷废水的温度为20℃～30℃。上述的深度去除水中砷的方法中，所述含砷废水中含有三价砷和/或五价砷。上述的深度去除水中砷的方法中，所述含砷废水中三价砷的浓度为5µg/L～1000µg/L。上述的深度去除水中砷的方法中，优选的，所述含砷废水中三价砷的浓度为20µg/L～500µg/L。上述的深度去除水中砷的方法中，所述含砷废水中五价砷的浓度为5µg/L～1000µg/L。上述的深度去除水中砷的方法中，优选的，所述含砷废水中五价砷的浓度为20µg/L～500µg/L。上述的深度去除水中砷的方法中，优选的，所述铁酸铜和过硫酸盐直接加入到含砷废水中。本专利技术中，CuFe2O4与过硫酸盐复合体系产生自由基氧化三价砷为五价砷，产生的五价砷和残留三价砷被CuFe2O4同时吸附。本专利技术采用铁酸铜(CuFe2O4)/过硫酸盐复合体系（也可称为复合物或混合物）在含砷废水中处理砷，将铁酸铜(CuFe2O4)/过硫酸盐直接加入到含砷废水中进行搅拌处理。铁酸铜(CuFe2O4)/过硫酸盐的用量视水中砷含量而定。含砷废水的pH在3-8范围内去除效果均很好，最佳pH范围为4-6。含砷废水的温度在10-40℃范围内除砷效果均很好，最佳温度范围为20-30℃。本专利技术中，三价砷的浓度可采用原子荧光光谱仪检测，三价和五价总砷浓度可采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪检测。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术采用过硫酸盐与铁酸铜（CuFe2O4）复合体系深度除砷，无需额外光照、无需加热、无需添加辅助试剂，体系自身就可以产生具有强氧化能力的自由基，从而氧化三价砷，铁酸铜可同时深度吸附水中的三价和五价砷。铁酸铜可用磁铁吸附分离，无二次污染，用碱洗涤后可重复使用。吸附速率快，室温下在40min内砷的去除率可达到99.9%以上，残留砷的浓度低于10µg/L（初始浓度为1000µg/L），完全达到含砷废水的排放标准。本专利技术的方法与
技术介绍
中申请号为201610876924.7的专利文献相比，存在本质区别：第一、本专利技术的方法适应于含砷废水的pH范围在3-8内均具有很好去除砷的效果，将实际含砷废水的pH值（弱酸性，pH小于或接近7）包括在该pH范围内，因此，本专利技术的方法可以直接用于实际含砷废水处理；第二、本专利技术的方法采用过硫酸盐与铁酸铜（铁酸铜中的铁为三价，不能被氧化）表面羟基官能团反应原位可以产生强的氧化能力过氧自由基，可以将毒性大的三价砷氧化成毒性低的五价砷，并吸附去除，效果突出；第三、去除砷原理不一样，该公开的专利文献是直接絮凝沉淀五价砷，本专利技术的方法是先氧化三价砷为五价砷，然后吸附，吸附后可用碱洗脱收集砷，吸附剂可以重复利用。众所周知，过硫酸盐是常见的氧化剂，在外界提供一定能量（如加热、紫外光照）或添加还原剂（常见的为铁粉或亚铁盐）的条件下可以产生强氧化羟基自由基，从而氧化三价砷，并结合其它工艺去除砷。申请人研究发现，过硫酸盐与铁酸铜在无需外界提供能量情况下（如加热、紫外光照）即可产生大量过氧自由基，难以产生羟基自由（因为铁酸铜中的铁为三价，不能被过硫酸盐氧化），无需外界提供能量（如加热、紫外光照）即可产生自由基，这非常有利于实际废水处理工艺。而现有技术并没未研究过硫酸盐与铁酸铜共存时是否可以产生过氧自由基，
技术介绍
中提到的申请号为201710637495.2的专利文献也只是通过改变铁酸铜形貌来提高五价砷的吸附性能，并且处理废水温度在50℃以上，这对大规模废水处理工艺是不现实的，去除率要达到90%以上至少需要3h。本专利技术的方法在环境条件下（20～30℃）可同时实现三价砷的高效氧化和深度去除，时间短（40min内去除效率达99%以上），具有重大创新性，有望大规模用于实际含砷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深度去除水中砷的方法，其特征在于，所述方法包括将铁酸铜CuFe2O4和过硫酸盐组成的复合体系加入含砷废水中，以深度去除水中的砷，其中，铁酸铜与过硫酸盐的摩尔比为1～5∶1～15。

【技术特征摘要】
1.一种深度去除水中砷的方法，其特征在于，所述方法包括将铁酸铜CuFe2O4和过硫酸盐组成的复合体系加入含砷废水中，以深度去除水中的砷，其中，铁酸铜与过硫酸盐的摩尔比为1～5∶1～15。2.根据权利要求1所述的深度去除水中砷的方法，其特征在于，所述过硫酸盐包括过一硫酸盐和/或过二硫酸盐。3.根据权利要求2所述的深度去除水中砷的方法，其特征在于，所述过一硫酸盐包括过一硫酸钠、过一硫酸钾、过一硫酸氢钠和过一硫酸氢钾中的一种或多种。4.根据权利要求2所述的深度去除水中砷的方法，其特征在于，所述过二硫酸盐包括过二硫酸钠、过二硫酸钾、过二硫酸铵、过二硫酸氢钠和过二硫酸氢钾中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的深度去除水中砷的方法，其特征在于，所述铁酸铜CuFe2O4为铁酸铜纳米颗粒，所述铁酸铜纳米颗粒的平均粒径为9nm～...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘承斌，唐艳红，罗胜联，魏元峰，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43