CN104922933A

CN104922933A - 一种无机砷分离方法

Info

Publication number: CN104922933A
Application number: CN201410102428.7A
Authority: CN
Inventors: 景传勇
Original assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Current assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority date: 2014-03-19
Filing date: 2014-03-19
Publication date: 2015-09-23

Abstract

本发明涉及一种无机砷分离方法。本方法分离材料以石英砂为载体，其上负载了三甲氧基硅烷（MPTS）。实验表明本发明对实际地下水中As（III）和As（V）可实现快速分离。本发明分离材料制备简单造价低，分离性能稳定，分离方法pH和温度适用范围宽，操作简便高效。

Description

一种无机砷分离方法

技术领域

本发明涉及环境分析领域。

技术背景

砷是一种常见的环境污染物，来源主要为地质原因、工业废弃物排放。目前研究表明：全球局部地区的地下水中砷污染较严重，砷普遍存在于地下水中，并且可通过饮用水，食物被人体摄入。长期砷摄入可引起神经系统、消化系统、呼吸系统、皮肤病变。在我国山西、内蒙古、新疆、贵州等地的地下水中砷污染较严重。国家标准委和卫生部联合发布的《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）中明确规定了饮用水中砷的浓度应小于0.01mg L^-1。

砷的主要存在形态有As(III)、As(V)、单甲基砷酸（MMAA）和二甲基砷酸（DMAA）。不同形态砷的毒性顺序为：As(III)>As(V)>MMAA>DMAA，并且无机砷的毒性远大于有机砷。地下水中的砷主要以无机态As（III）和As（V）存在，As（III）易于被氧化为As（V）。由于砷的毒性取决于砷的形态，对地下水样品中As（III）和As（V）形态的精准分析对于后期的科学研究具有重要意义。为了对地下水中As（III）和As（V）进行准确定量，需要对地下水样品进行现场前处理。常见方法有两种：1）通过现场向样品中加入抗坏血酸、HCl、EDTA等阻止氧化和铁离子沉淀的现象发生，再将样品带回实验室进行测定。此方法有效时间短、容易受不同水质影响，难以高效维持水中As（III）和As（V）的原比例；2）用离子交换树脂，截留As（V），此方法由于造价高、操作不便不能大规模应用。因此，开发一种造价低，高效，便于现场使用的砷分离方法对环境领域具有实际意义。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本申请的发明人进行了反复的深入研究，从而完成本发明。本发明的目的在于提供一种无机砷快速、高效的分离方法。

根据一个具体的实施方式，该方法包括下述步骤：首先将巯基硅烷负载到石英砂上制备成分离材料，然后将该分离材料制作成分离滤柱，使用该分离滤柱分离地下水样品中的三价砷和五价砷。

根据一个具体的实施方式，所述分离材料的制备方式如下：将乙醇与巯基硅烷避光条件下混合，N₂吹脱，加入石英砂密封，超声后真空干燥。

根据一个具体的实施方式，所述分离材料的制备方式如下：3.0mL95v%乙醇与25mL3-巯丙基三甲氧基硅烷在塑料瓶中避光条件下混合，N₂吹脱30min，加入80g石英砂密封，超声3.0h，75℃条件下真空干燥1.5h。

根据一个具体的实施方式，所述分离滤柱的制备方式如下：将分离材料装填到底部用丝棉堵塞的注射器中，制成分离滤柱。

根据一个具体的实施方式，所述分离滤柱的制备方式如下：将8.0g分离材料装填到底部用丝棉堵塞的10mL注射器中，制成分离滤柱。

根据一个具体的实施方式，所述分离方式如下：将地下水样品过滤后，采用重力流的方式流过分离滤柱。

根据一个具体的实施方式，该方法对三价砷的最大吸附量为1.6mg g^-1，方法适用温度范围为10-90℃，适用pH范围为4-11。

本发明涉及一种无机砷分离方法，该方法以石英砂（S_iO₂）作为载体，用物理方法将3-巯丙基三甲氧基硅烷（（3-Mercaptopropyl）trimethoxysilane，简称MPTS）负载到沙子上，制作小柱，用于地下水中As（III）和As（V）的分离。

本发明的方法可以选择性吸附地下水中As（III），从而实现As（III）截留，达到As（III）和As（V）完全分离的效果。

附图说明

附图1为本发明所用载体-石英砂的筛分曲线，它提供了负载所用石英砂的级配以及平均粒径信息。

附图2为本发明制备的巯基负载前后石英砂样品以及MPTS纯品红外谱图，结果表明MPTS纯品谱图上巯基的伸缩振动在2560cm^-1，C-H键振动在2840-2940cm^-1。从图中可以看出负载后的石英砂样品出现了巯基和C-H键的振动。说明巯基成功的负载于石英砂表面。

附图3为本发明制备的分离材料在自来水基质中对As（III）的吸附等温线，数据表明此材料的吸附特性符合Freundilich吸附模型，最大吸附量Q_m=1.6mgg^-1。

附图4为本发明制备的分离材料对自来水基质中As（V）溶液的最大吸附量。数据表明此材料对As（V）不吸附。

附图5是不同pH对本发明制备的分离材料的分离效果影响。结果表明pH在4-11区间内，均能实现As（III）和As（V）完全分离。

附图6是不同温度条件对本发明制备的分离材料的分离效果影响。结果表明在10-90℃区间内，均能实现As（III）和As（V）完全分离。

附图7是分离材料对As（III）吸附效率随MPTMS负载量的变化曲线，从图中可以看出，MPTS负载量为3mL时，可以对40mg L^-1的As（III）达到98%以上的吸附。

附图8是本发明制备的分离材料对20个地下水环境样品的分离效果图，数据表明，本发明的方法对实际地下水样品中的As（III）与As（V）可以达到100%的分离效果。

附图9是本发明制备的分离材料在真空包装条件下，As（III）吸附率随保存时间的变化。分离材料在30天内具有稳定的As（III）吸附率，这一结果表明吸附材料具有良好的稳定性，便于储存，可用于含砷地下水样品现场分离。

具体实施方式

下面进一步通过实施例来阐述本发明。

实施例1

巯基负载石英砂的过程：取3.0mL MPTS与25mL乙醇（95%）在避光的塑料瓶中充分混合，用N₂吹脱30min后向混合溶液中加入预先用超纯水洗干净烘干的石英砂80g，密闭后超声3h。接着将混合物转移到培养皿中在75℃条件下避光真空干燥1.5h。

实际地下水As（III）和As（V）的分离：将8.0g负载巯基的石英砂装填到底部用丝棉堵塞的注射器中，制成滤柱。取实际地下水样品5mL，0.22μm水系滤头过滤后，采用重力流的方式流过巯基负载石英砂制备的滤柱。滤后溶液用0.22μm水系滤头过滤，用HPLC-AFS测定样品中As（III）和As（V）各自含量。

Claims

1.一种无机砷快速、高效的分离方法，该方法包括下述步骤：首先将巯基硅烷负载到石英砂上制备成分离材料，然后将该分离材料制作成分离滤柱，使用该分离滤柱分离地下水样品中的三价砷和五价砷。

2.如权利要求1所述的一种无机砷分离方法，所述分离材料的制备方式如下：将乙醇与巯基硅烷避光条件下混合，N₂吹脱，加入石英砂密封，超声后真空干燥。

3.如权利要求2所述的一种无机砷分离方法，所述分离材料的制备方式如下：3.0mL95v%乙醇与25mL3-巯丙基三甲氧基硅烷在塑料瓶中避光条件下混合，N₂吹脱30min，加入80g石英砂密封，超声3.0h，75℃条件下真空干燥1.5h。

4.如权利要求1所述的一种无机砷分离方法，所述分离滤柱的制备方式如下：将分离材料装填到底部用丝棉堵塞的注射器中，制成分离滤柱。

5.如权利要求4所述的一种无机砷分离方法，所述分离滤柱的制备方式如下：将8.0g分离材料装填到底部用丝棉堵塞的10mL注射器中，制成分离滤柱。

6.如权利要求1所述的一种无机砷分离方法，所述分离方式如下：将地下水样品过滤后，采用重力流的方式流过分离滤柱。

7.如权利要求1所述的一种无机砷分离方法，该方法对三价砷的最大吸附量为1.6mg g^-1，方法适用温度范围为10-90℃，适用pH范围为4-11。