专利名称：一种利用纤维填充微柱快速分离水中As(V)和As(III)的新方法
技术领域：
本发明涉及废水净化技术领域，具体来说，涉及一种利用季铵型纤维制备纤维微柱，分离水中As (V)和As (III)的方法。
背景技术：
砷是重要环境污染元素，主要来源于采矿、化工、化学制药等部门的工业废水，严重污染了环境。含砷废水危害极大，尤其是三价砷与五价砷，三价砷在水中溶解度高于五价砷，其引起的污染水体，可直接或经食物链进入人体，将干扰生物酶活性，从而导致各种疾病和机能紊乱，甚至引发癌变，而五价砷毒性相对较弱，约为三价砷的O. 02倍。当前分析测定水体中总砷的方法已有诸多报道，但鉴于不同价态的砷，其毒性差异甚大，因此，环境样品中砷(III)和砷(V)的分离及测定，对于评价水质和环境保护是非常必要的。不同价态砷的分离方法主要有色谱法、萃取法、膜分离、化学氧化还原等，但这些常规分离过程存在仪器昂贵，分离费用较高、分离不完全，预处理麻烦，易受污染的缺陷，而离子交换纤维吸附法由于其价格低廉，接触面积大、吸附速度快、流动阻力小、吸附量大、易重复使用的优点受到重视。鉴于现有技术存在的问题，本发明提供一种接枝季铵盐的离子交换纤维，此纤维表面带有N+(CH3)3基团，使得纤维表面带正电荷，能够与水溶液中以H2AsO4-, HAsO42'As043_等带负电荷的化学基团形式存在的阴离子发生电荷吸附作用。在水溶液中，三价砷离子在pH值为O 12范围内以中性的亚砷酸形态存在，在pH大于12左右才开始出现H2AsOf的离子形态，而五价砷在pH为在pH值为2 12之间主要以H2As04_和HAs042_形态存在。因此借助季铵型纤维的吸附特性，通过调节溶液PH值，控制As (III)和As (V)的存在形式，从而可以实现对As(III)和As(V)的分离。本发明提供的纤维填充微柱分离体系对As(III)和As (V)的其分离效率大于95%，具有投资少、操作简单方便，再生容易等优点。
发明内容
本发明针对现有不同价态砷不易分离的技术问题；鉴于此，本发明提供一种利用纤维填充微柱装置分离砷(III)和砷(V)的方法，该方法不仅保留了固相微柱吸附流速快，吸附完全的优点，而且该纤维材料易吸附、易洗脱、重复利用效果良好，能实现在废水中砷(III)和砷(V)的去除和分离回收。本发明提供了一种废水中重金属离子的吸附分离方法，包括以下步骤第一步制备微柱，在柱长25mm，内径O. 5mm的聚乙烯塑料管作为吸附装置，填充自制的季铵型阴离子交换纤维第二步将样品调到一定pH3. 5 5. O范围内，将一定体积的含As (V)/As (III)溶液控制一定的流速通过离子交换微柱，As(V)保留在纤维上，As(III)将流入到底液中，从而达到二者的分离。
第三步，将吸附在纤维上的金属离子，用一定浓度的碱溶液进行脱附处理，使得微柱可重复使用。第四步，本发明以季铵盐离子交换纤维为本体材料，交换容量为3. 2mmol/g，使其与离子依靠电荷作用吸附，简化了分离过程，而对砷离子具有选择性的吸附能力。优选地，所述选择分离砷(III)和砷(V)的浓度在浓度O. 5 12mg/L之间优选地,在第三步中，使用浓度较低的氨水-氯化铵混合溶液作为洗脱剂。本发明的工作原理如下自制的季铵型离子交换纤维纤维表面带正电荷，在样品pH3. 5 5. O的范围内，As(V)以H2As04_和HAs042_形态存在，三价砷离子以中性的亚砷酸形态存在，所以As(V)被选择性吸附到纤维上，而对As (III)基本不吸附，从而达到二者的分离，分离方法简单，分离效率高，容易操作，用特定洗脱液将吸附后的纤维洗脱后可重复使用。本方法的优点及效果如下I.本发明的季铵型纤维具有较高的吸附容量，且对As (V)和As(III)具有较好的选择吸附性能，可对As (V)和As (III)的重金属废水进行治理，也可对As (V)和As (III)进行有效的回收利用。2.纤维填充在微柱中，具有较高的机械强度，避免了纤维在酸性介质中的流失，样品分离完全，易洗脱，重复利用性能好。3.本发明的装置比较简单，所用仪器设备普通常见，如控制阀，铁架台，操作简单，分离速度快，能进行迅速有效的固相分离过程。.4.处理效果好。采用此方法使As (V)和As (III)溶液，分离效率可达95 %以上，分离效率高，成本低，操作简单方便。在最优化条件下，吸附柱对砷含量在O. 5 12. Omg/L的样品可达到快速、满意的分离效果。
图I :分离装置图
具体实施例方式按照图I将样品器皿，纤维微柱，流路控制阀连接，然后对上述发明装置进行参数优化测试本发明设计的分离具体工艺为
pH3.5—6.0
初始浓度0.5 12mg/L;
流速I 5mL/min
样品用最]0 50mL
纤维用μ20 100 mg.下面结合实施例进一步叙述本发明具体实施例I
制备纤维填充量25mg的分离柱，将30mLAs (V)和As (III)浓度为lmg/L的溶液调制pH5. O左右，控制流速3mL/min流过分离装置，分离过程在10分钟内完成分离，且对二者的分离效率达96.7%。具体实施例2
制备纤维填充量25mg的分离柱，将IOmLAs (V)和As (III)浓度为6mg/L的溶液调制pH5. O左右，控制流速3mL/min流过分离装置，分离过程在4分钟内完成，且对二者的分离效率达96. 2%o具体实施例3制备纤维填充量25mg的分离柱，将30mLAs (V)和As (III)浓度为6mg/L的溶液调制pH5. O左右，控制流速lmL/min流过分离装置，分离过程在30分钟内完成，且对二者的分离效率达95. 7%。具体实施例4制备纤维填充量50mg的分离柱，将IOmLAs (V)和As (III)浓度为12mg/L的溶液调制pH5. O左右，控制流速3mL/min流过分离装置，分离过程在4分钟内完成，且对二者的分离效率达95. 3%。具体实施例5制备纤维填充量25mg的分离柱，将IOmLAs (V)和As (III)浓度为12mg/L的溶液调制pH5. O左右，控制流速lmL/min流过分离装置，分离过程在10分钟内完成，且对二者的分离效率达95. 1%。
权利要求
1.一种从样品溶液中分离三价砷和五价砷的方法，包括以下步骤微柱制备，装置连接，样品分离，柱子清洗，具体如下a.微柱制备第一步制备季铵型离子交换纤维，置于30 40度的烘箱中烘干，密闭，避光，低温下保存；第二步将所述季铵型离子交换纤维填装到微柱中，制成预分离富集微柱，稀硝酸洗涤后，再用纯水洗至pH中性；b.装置连接将样品器皿，季铵型离子交换纤维微柱，流路控制阀依次连接，组装成分离装置；c.样品分离第一步，稀硝酸以O. 5 I. 5mL/min的流速洗漆流路I 2min ；第二步，用纯水以2 15mL/min的流速洗漆流路至pH值中性；第三步，将样品水溶液以I 6mL/min的流速依次通过分离装置，与吸附介质接触，则预分离的金属元素被吸附到纤维上，形成含有三价砷和被介质结合的五价砷的混合液；第四步，用洗脱剂以O. 5 3mL/min的流速将富集在季铵型离子交换纤维微柱上的金属元素洗脱；d.柱子清洗第一步，用稀硝酸以I 5mL/min的流速洗漆流路I 2min ；第二步，用纯水以8 12mL/min的流速洗涤流路去除残留的离子，使得纤维再生。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤a中的所述季铵型离子交换纤维具有许多N(CH3)3带正电荷的吸附部位。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤a中的所述季铵型离子交换纤维的填充量为10 50mg。
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤a中的所述微柱规格为长10 50mm，直径O. 25 2mm。
5.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤a中的所述微柱材料为PP、PE、PVDF中的一种。
6.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤c第四步中的所述洗脱剂为稀NaOH、氨水、以及氯化铵-氨水中的一种或几种。
7.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤d中的所述稀硝酸浓度为O.5 Imol/L0
全文摘要
本发明提供一种用纤维填充微柱快速分离水中As(V)和As(III)的新方法，它涉及废水净化技术领域，具体是一种将季铵型纤维填充微柱，利用固相萃取装置选择性分离水中As(V)和As(III)方法。本发明要解决常用的As(V)和As(III)分离过程复杂，分离效率低，费用高，限制其在水处现上应用的技术问题。分离As(V)和As(III)方法将自制的季铵型离子交换纤维填充微柱内部，置于固相吸附分离装置中，控制pH3.5～5.0的范围内，As(V)被选择性吸附到纤维上，而对As(III)基本不吸附，从而达到二者的分离，分离方法简单，分离效率高，容易操作。
文档编号C02F1/42GK102942240SQ201210533119
公开日2013年2月27日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者魏俊富, 郭海涛, 王会才 申请人:天津工业大学