CN110064371B - 一种去除水体无机砷的吸附剂及制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种去除水体无机砷的吸附剂及制备方法和应用，该材料的应用涉及饮用水中砷(Ⅲ)吸附去除，属于环境科学与工程技术领域。将MOFs材料分散于水中，超声得到均匀分散液，然后将一定比例三氯化铁和醋酸钠混合液加入到上述分散液中，恒温水浴振荡加热一段时间，产物经离心、洗涤、烘干，得到金属有机框架结构负载铁氧化物复合吸附剂；将该吸附剂投加到一定浓度的含砷(Ⅲ)水体中，恒温振荡吸附，水体中砷浓度显著下降，水体得到净化。本发明吸附剂制备反应条件温和，工艺流程操作简单，吸附剂制备原料易得，反应后的固相催化剂易于分离，制备方法容易批量生产，在含砷水污染处理领域具有良好的应用前景。

Description

一种去除水体无机砷的吸附剂及制备方法和应用
技术领域
本发明为含砷自然水体吸附去除技术，尤其涉及醋酸钠改性制备金属有机框架结构（MOFs）负载铁氧化物复合吸附剂的方法及其在含砷(Ⅲ)自然水体中的应用。具体地说，涉及一种有效去除水体无机砷的吸附剂制备技术及应用。
背景技术
由于各种人类活动使存在于自然环境中的砷元素释放到饮用水中，会引发人类和动物的多重疾病，造成免疫系统、内分泌紊乱及皮肤、肺、肝、肾等系统的损害。若大量摄入砷时，可引起脱水、呕吐、腹泻等急性中毒症状；长期摄入低浓度砷会导致昏眩、心悸、疲倦等的慢性砷中毒。由于砷的剧毒性引起的致癌、致畸、致突变等危害。天然水体中的砷绝大多数都以无机砷的形态存在，在地表水中，砷主要以As(Ⅴ)的形式存在，常伴有一甲基胂酸和二甲基胂酸存在，而在地下水中，砷则主要以As（Ⅲ）的形式存在。
目前去除砷的方法主要有混凝沉淀法、吸附法和离子交换法，膜技术和生化法。其中，吸附法作为一种从低浓度溶液中去除特定溶质的高效且低能耗的方法，特别适合用于水中重金属污染物的去除，但现有吸附材料存在吸附效率不高，分离效果差，难以回收利用，不适用于环境中的水体吸附。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术得不足，而提供的一种醋酸钠调控制备金属有机框架结构负载铁氧化物复合物及制备方法和应用即一种去除水体无机砷的吸附剂及制备方法及应用，所制备的吸附剂具有对砷（Ⅲ）氧阴离子强烈的选择亲和力、较大的吸附能力和较快的吸附速度，可强烈吸附地下水和饮用水中的三价砷，降低水体中的砷毒性。
本发明的目的是这样实现的：
一种去除水体无机砷的吸附剂的制备方法，该方法包括以下具体步骤：
步骤1：将0.1-1g金属有机框架结构材料Zr基UiO-66分散于0.1-1L去离子水中，超声和振荡，得到均匀分散液；
步骤2：将0.004-0.4 mol三氯化铁和0.02-2 mol醋酸钠混合液加入到前述分散液中；
步骤3：将步骤2的溶液50-60℃恒温水浴振荡5-6h；
步骤4：将步骤3溶液冷却至室温，离心分离后，用去离子水洗涤3-10次至上清液澄清，冷冻干燥，研磨为粉末，得到改性的金属有机框架结构材料负载铁氧化物复合物即所述去除水体无机砷的吸附剂。
所述负载的铁氧化物结构为羟基氧化铁FeOOH。
一种上述方法制得的去除水体无机砷的吸附剂。
一种所述吸附剂在去除水体无机砷的应用，将所述10-25mg吸附剂投加至含有砷(Ⅲ)浓度为10-50mg/L去离子水体内，160rpm，25℃恒温水浴振荡8h，直至吸附平衡；对砷的吸附量能够达到46.3-77.8mg/g，砷被大量吸附，水质得到净化。
本发明具有下列优点和效果：
1）MOFs对无机砷有着很好的吸附效果，且Fe对砷氧阴离子有强烈的选择亲和力。通过醋酸钠对铁氧化物的形态，颗粒大小及官能团组成变化有巨大的影响，且对吸附砷有促进作用。因此将改性后的羟基氧化铁负载在Zr基UiO-66上，对无机砷（Ⅲ）的吸附效果得到了极大的提升。
2）工艺流程简单，吸附过程水浴恒温振荡即可进行。
3）吸附剂制备方法简单易行，原料广泛易得，成本低，有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例5不同比例铁氧化物负载UiO-66吸附饮用水中10mg/L砷（Ⅲ）结果示意图；
图2为本发明实施例6不同比例铁氧化物负载UiO-66吸附饮用水中50mg/L砷（Ⅲ）结果示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明所述吸附剂的制备及其在处理含砷（Ⅲ）饮用水体中的应用进行详细说明。
实施例1
醋酸钠调控制备金属有机框架结构负载铁氧化物采用简单的水热法制成。称取0.1gZr基 UiO-66溶于100mL去离子水中，超声分散均匀，得到Zr基UiO-66分散液。然后，称取0.108g FeCl3·6H2O和0.164g醋酸钠溶于上述Zr基UiO-66分散液中，将混合溶液搅拌均匀，60℃，160rpm水浴恒温振荡5h，冷却至室温，离心并用去离子水以及乙醇洗涤，冷冻干燥24h，研磨为粉末，即得到醋酸钠改性的金属有机框架结构负载铁氧化物复合物即所述吸附剂，并置于聚乙烯瓶中备用。
实施例2
醋酸钠改性的金属有机框架结构负载铁氧化物采用简单的水热法制成。称取0.1gZr基UiO-66溶于100mL去离子水中，超声分散均匀，得到Zr基UiO-66分散液。然后，称取0.135g FeCl3·6H2O和0.205g醋酸钠溶于上述Zr基UiO-66分散液中，将混合溶液搅拌均匀，60℃，160rpm水浴恒温振荡5h，冷却至室温，离心并用去离子水以及乙醇洗涤，冷冻干燥24h，研磨为粉末，即得到醋酸钠改性的金属有机框架结构负载铁氧化物复合物即所述吸附剂，并置于聚乙烯瓶中备用。
实施例3
醋酸钠改性的金属有机框架结构负载铁氧化物采用简单的水热法制成。称取0.1gZr基UiO-66溶于100mL去离子水中，超声分散均匀，得到Zr基UiO-66分散液。然后，称取5.4g FeCl3·6H2O和8.2g醋酸钠溶于上述Zr基UiO-66分散液中，将混合溶液搅拌均匀，60℃，160rpm水浴恒温振荡5h，冷却至室温，离心并用去离子水以及乙醇洗涤，冷冻干燥24h，研磨为粉末，即得到醋酸钠改性的金属有机框架结构负载铁氧化物复合物即所述吸附剂，并置于聚乙烯瓶中备用。
实施例4
醋酸钠改性的金属有机框架结构负载铁氧化物采用简单的水热法制成。称取0.1gZr基UiO-66溶于100mL去离子水中，超声分散均匀，得到Zr基UiO-66分散液。然后，称取10.8g FeCl3·6H2O和16.4g醋酸钠溶于上述Zr基UiO-66分散液中，将混合溶液搅拌均匀，60℃，160rpm水浴恒温振荡5h，冷却至室温，离心并用去离子水以及乙醇洗涤，冷冻干燥24h，研磨为粉末，即得到醋酸钠改性的金属有机框架结构负载铁氧化物复合物即所述吸附剂，并置于聚乙烯瓶中备用。
实施例5
所述吸附剂在去除饮用水中砷（Ⅲ）的环境应用
选取无机砷（Ⅲ）作为目标有毒有害污染物，模拟受砷污染的饮用水水体。砷（Ⅲ）的浓度为10mg/L，反应液体积为0.2L，将10mg金属有机框架结构负载铁氧化物复合物即吸附剂投加到反应液中，160rpm，25℃恒温水浴振荡8h，直至吸附平衡。对砷的吸附量可达到59.1mg/g，砷被大量吸附，净化水质。
1.操作条件
砷（Ⅲ）质量浓度：10mg/L；吸附剂质量浓度：0.05g/L；反应液体积：0.2L；反应器：500mL锥形瓶；水浴振荡器：160rpm；反应温度：25℃。
2.实验结果
砷（Ⅲ）吸附，结合附图1，当摩尔比nFe：nUiO-66=0.2时，在200mL，10mg/g的砷（Ⅲ）饮用水溶液中，吸附平衡后，吸附量可达到59.1mg/g，三价砷被大量吸附。
实施例6
所述吸附剂在去除饮用水中砷（Ⅲ）的环境应用
选取无机砷（Ⅲ）作为目标有毒有害污染物，模拟受砷污染的饮用水水体。砷（Ⅲ）的浓度为10mg/L，反应液体积为0.02L，将10mg金属有机框架结构负载铁氧化物复合物即吸附剂投加到反应液中，160rpm，25℃恒温水浴振荡8h，直至吸附平衡。对砷的吸附量可达到77.8mg/g，砷被大量吸附，净化水质。
1.操作条件
砷（Ⅲ）质量浓度：50mg/L；吸附剂质量浓度：0.5g/L；反应液体积：0.02L；反应器：50mL离心管；水浴振荡器：160rpm；反应温度：25℃。
2.实验结果
砷（Ⅲ）吸附，结合附图2，当摩尔比nFe：nZr基UiO-66=0.4时，在200mL，10mg/g的砷（Ⅲ）饮用水溶液中，吸附平衡后，吸附量可达到77.8mg/g，三价砷被大量吸附。

Claims (3)

1.一种去除水体无机砷的吸附剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：
步骤1：将0.1-1g金属有机框架结构材料Zr基UiO-66分散于0.1-1L去离子水中，超声和振荡，得到均匀分散液；
步骤2：将0.004-0.4 mol三氯化铁和0.02-2 mol醋酸钠混合液加入到前述分散液中；
步骤3：将步骤2的溶液50-60℃恒温水浴振荡5-6h；
步骤4：将步骤3溶液冷却至室温，离心分离后，用去离子水洗涤3-10次至上清液澄清，冷冻干燥，研磨为粉末，得到醋酸钠调控制备的金属有机框架结构材料负载羟基氧化铁复合物即所述去除水体无机砷的吸附剂。
2.一种权利要求1所述方法制得的去除水体无机砷的吸附剂。
3.一种根据权利要求2所述吸附剂在去除水体无机砷的应用，其特征在于，将所述10-25mg吸附剂投加至含有砷(Ⅲ)浓度为10-50mg/L去离子水体内，160rpm，25℃恒温水浴振荡8h，直至吸附平衡；对砷的吸附量能够达到46.3-77.8mg/g，砷被大量吸附，水质得到净化。
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