CN101508479A - 一种溶液中三价砷的氧化方法 - Google Patents
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Abstract
一种溶液中三价砷的氧化方法，适用于pH值在12至13.5条件下高浓度三价砷的氧化。采用高锰酸钾作为氧化剂，向体系通入空气，气流量在0.15～1立方米/小时·升，体系温度为15摄氏度至沸点以下，三价砷初始浓度为25克/升及其以下，三价砷/高锰酸钾浓度比在20∶1～1∶1，氧化完成后，溶液中三价砷的氧化率可达100％。
Description
技术领域
本发明涉及一种溶液中三价砷的氧化方法。
背景技术
三价砷的毒性比五价砷高60倍，且移动性强于五价砷，常规除砷方法不能有效的将溶液中的三价砷直接去除，而应首先将三价砷氧化为五价后再进行后续处理。
目前溶液中砷的氧化多使用氧化剂。但是常用氧化剂如游离氯、双氧水等在实际应用中受到不同程度的限制，并且反应产物溶解于水可能会对人体造成一定程度的危害。
高锰酸钾可作为氧化剂应用于砷的氧化过程中。如中国专利CN 1609021A公开的“高锰酸钾作为氧化剂去除地下水中三价砷的方法”介绍了使用高锰酸钾直接氧化三价砷的方法，应用条件为：pH值的范围是1～4，最佳反应温度10～20摄氏度，高锰酸钾浓度和三价砷的浓度比值在4～6时氧化效果最佳，高锰酸钾的浓度为4～6毫克/升。该方法适用于酸性体系，体系中三价砷的浓度仅仅在毫克级水平，高锰酸钾的浓度过量于砷浓度，需消耗大量氧化剂。
也有学者研究广泛pH范围下三价砷的高锰酸钾氧化方法，实验条件为室温，三价砷初始浓度200～600微克/升，pH值的范围4.5～9.8，碱性条件下锰/砷摩尔比大于0.53:1后可实现三价砷的完全氧化。该方法研究体系中的砷的浓度更低，也是简单应用高锰酸钾的氧化能力，虽然探讨出了一定规律，但不适用于工业上产出的高浓度含砷废水。见“Oxidation of As(III)bypotassium permanganate”(高锰酸钾氧化三价砷)，“Joumal of Environmental Sciences”(环境科学学报，英文版)2007年，第19卷，第7期，783-786页，LI Na著。
发明内容
本发明的目的，在于设计一种高锰酸钾作为氧化剂氧化溶液中三价砷的方法，特别是适用于高砷浓度体系的方法。
本发明的方案，在体系pH值在12至13.5时，直接加入高锰酸钾固体试剂并同时通入空气进行三价砷的氧化。体系砷浓度为25克/升及其以下，三价砷/高锰酸钾浓度比在20:1～1:1，空气流量在0.15～1立方米/小时·升，体系温度为15摄氏度至沸点以下。
体系为亚砷酸钠溶液，三价砷浓度通常在5克/升至10克/升，最高可达25克/升，最低可在国家排放标准及其以下。溶液pH过高或过低时氧化速率有变慢的趋势，故以12～13为佳。三价砷/高锰酸钾浓度比，最佳为10:1～3:1。气流量在0.25～0.5立方米/小时·升即可，低于此值反应时间需相应延长，过高时氧化速率也不会明显提高。提高溶液温度，可加快氧化速率，但操作难度增加，故适宜的反应温度在40～90摄氏度。若仅为提高氧化速率，也可在高压釜等压力容器中进行处理，通过提高溶液沸点来进一步提高反应温度。
本方法的优越性在于：1.在氧化过程中，向体系通入空气即可大大提高氧化速率，简便易行且廉价；2.适用的砷浓度范围宽，为微克/升至数十克/升，特别适用于高砷浓度体系，且氧化剂的用量少；3.在最佳条件下，三价砷的氧化率可达100％；4.高锰酸钾作为一种氧化剂，氧化效率高，反应产物对人体无害。
具体实施方式
先用氢氧化钠或盐酸溶液调整体系pH值至12至13.5，在搅拌条件下加入高锰酸钾固体试剂，搅拌速度在300r/min左右即可。通入的空气由空气压缩机产生，为改善空气在溶液中的分散和溶解行为，可以使用空气分散板向溶液通气；通入的气体也可以采用氧气。每隔一定时间取样分析溶液中三价砷及总砷浓度。
以下为本发明的实例：
实施例1：溶液初始三价砷浓度5克/升，体系pH值13，三价砷/高锰酸钾浓度比为5:1，压缩空气流量0.5立方米/小时·升，反应温度90摄氏度。反应2小时三价砷的氧化率100％。
实施例2：溶液初始三价砷浓度20克/升，体系pH值13，三价砷/高锰酸钾浓度比为5:1，压缩空气流量0.5立方米/小时·升，反应温度80摄氏度。反应15小时三价砷的氧化率100％。
实施例3：溶液初始三价砷浓度25克/升，体系pH值13，三价砷/高锰酸钾浓度比为5:1，压缩空气流量0.5立方米/小时·升，反应温度80摄氏度。反应18小时三价砷氧化率91.94％。
实施例4：溶液初始三价砷浓度5克/升，体系pH值13，三价砷/高锰酸钾浓度比为3:1，压缩空气流量0.25立方米/小时·升，反应温度60摄氏度。反应1.5小时三价砷的氧化率100％。
实施例5：溶液初始三价砷浓度5克/升，体系pH值13，三价砷/高锰酸钾浓度比为10:1，压缩空气流量0.5立方米/小时·升，反应温度40摄氏度。反应6小时三价砷的氧化率100％。
实施例6：溶液初始三价砷浓度5克/升，体系pH值13，三价砷/高锰酸钾浓度比为20:1，压缩空气流量0.5立方米/小时·升，反应温度80摄氏度。反应8小时三价砷的氧化率81.97％。
实施例7：溶液初始三价砷浓度5克/升，体系pH值13，三价砷/高锰酸钾浓度比为5:1，压缩空气流量0.5立方米/小时·升，反应温度15摄氏度。反应4.5小时三价砷的氧化率100％。
实施例8：溶液初始三价砷浓度0.5毫克/升，体系pH值13，三价砷/高锰酸钾浓度比为5:1，压缩空气流量0.25立方米/小时·升，反应温度40摄氏度。反应3.5小时三价砷的氧化率100％。
实施例9：溶液初始三价砷浓度50毫克/升，体系pH值13，三价砷/高锰酸钾浓度比为5:1，压缩空气流量0.25立方米/小时·升，反应温度40摄氏度。反应2.5小时三价砷的氧化率100％。
实施例10：溶液初始三价砷浓度5克/升，体系pH值13.5，三价砷/高锰酸钾浓度比为5:1，压缩空气流量0.5立方米/小时·升，反应温度80摄氏度。反应2.5小时三价砷的氧化率100％。
实施例11：溶液初始三价砷浓度5克/升，体系pH值12，三价砷/高锰酸钾浓度比为5:1，压缩空气流量0.5立方米/小时·升，反应温度80摄氏度。反应12小时三价砷的氧化率100％。
Claims (5)
1.一种溶液中三价砷的氧化方法，是在溶液中加入高锰酸钾，将三价砷氧化为五价砷，其特征在于：
在溶液pH值在12至13.5时，直接加入高锰酸钾固体试剂并同时通入空气进行三价砷的氧化，溶液三价砷浓度为25克/升及其以下，三价砷/高锰酸钾浓度比在20:1～1:1，空气流量在0.15～1立方米/小时·升，体系温度为15摄氏度至沸点以下。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述pH为12～13，所述溶液三价砷浓度为5～10克/升。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述三价砷/高锰酸钾浓度比为10:1～3:1。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述气流量在0.25～0.5立方米/小时·升。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述反应温度在40～90摄氏度。
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