高岭土的改性及其从含砷水中除砷性能研究

摘要:以高岭土为原料通过碱熔合成得到类似于分子筛的笼状骨架结构,并将Fe*通过离子交换吸附,负载在其骨架上,实现改性;利用改性后的吸附剂具有大的活性表面积,以及砷阴离子(A0;)与Fe*的强配位能力,实现了基于配体交换的固液分离的从微量含砷水中去除砷。实验表明,改性高岭土除砷材料具有良好的吸附除砷性能,在含As(V)5 ~40mg/L的水中,在实验条件下平衡除砷率可达99%以上。经测定,该材料对As(V)的吸附量可达 3. 7mg/g除砷剂以上,并具有水中常见共存离子不影响砷的去除效果,以及不对水体产生二次污染等特点处理后的水的砷含量可达到国家饮用水标准甚至更低。获得一种新的从饮用水源中去除砷的方法。

关键词:改性高岭土;含砷水 ;除砷

含砷饮用源水是慢性砷中毒的主要来源,而源水中的砷则由地壳中的砷通过风化.侵蚀溶解等自然作用以及打井取水、灌溉矿冶.化工等人为活动释放到天然水中,包括主要进入地下水以及进入地表水 ,其含砷浓度的高端可达到0 1 ~ 2 mg/L以上[3]。砷化合物具有毒性且容易在人体内积累,造成急性或慢性中毒,长期饮用高砷水 ,会引起花皮病或皮肤角质化等皮肤病黑脚病.神经病,血管损伤以及增加心脏病发病。

砷也是致癌致突变因子,对动物还有致畸作用,是造成人类患肺癌﹑皮肤癌和其它内脏癌症的主要威胁之一[4]。由于砷及其化合物自然作用和在生产上的广泛存在,如一些重金属硫化矿石(常伴随砷)在冶炼过程中会产生含砷的废气废水J废渣对水环境的污染,因此,砷及其化合物在环境中排放造成的环境污染特别对水质毒性污染问题,已引起普遍关注。

正因为如此,中国、美国、日本以及WTO等均已经把饮用水含砷量标准从0 05 mg/L降到0 01 mg/L4]。按此标准,全球有超过1.37亿人受到含砷饮用水影响,而我国则有分布10个省近千万人口受到影响。 为了严格控制饮用水中的砷含量,防止砷中毒，研究和开发新的饮用水源除砷方法和工艺受到关注。目前脱除水中砷的方法主要有铝盐混凝法[ 5]吸附法「63]离子交换法[9~01及膜技术等,但存在难以达到砷含量限度值,易引起二次污染,成本高,操作复杂等,而不同程度存在缺陷,因而限制了其在实际中的应用。

本文针对水中主要且稳定存在的As(V) ,即A sO,以高岭土为原料通过碱熔合成为类似于分子筛的骨架上的笼状结构,并将Fe通过离子交换吸附,负载在其骨架上,实现改性,再利用改性后的吸附剂具有大的活性表面积,以及砷阴离子与Fe'+的强配位能力,获得一种基于配体交换的固液分离的从微量含砷水中去除砷的材料。研究证实,改性高岭土除砷材料对水中As(V)的吸附量大﹑干扰少,以及不对水体产生二次污染等特点,处理后的水可达到国家饮用水标准甚至更低。从资源综合利用成本较低以及环境效应方面考虑,改性高岭土除砷具有潜在的实用前景。

1实验部分

1.1试剂与仪器 100 mg/L As(V)储备液(AsO:、H,O氧化制备)、A sO3、H,O2、FeCl ,NaOH均为分析纯;高岭土(As含量<0. 000 2%)市售;实验用水为蒸馏水。 752 spectrum紫外可见分光光度计;BT224S精密电子分析天平; pHS-3C型精密pH计;Y-2调速多用振荡器;SX2-4-10型控温马弗炉;CS50 lI型可调温水浴锅;JJ-1型电动搅拌器。

1. 2  100 mg/LAs(V)储备液制备 称取0. 132 0 g预先在100 ~110 ℃烘干至恒重的三氧化二砷于100 mL烧杯中,加10 mL 200 g/L氢氧化钠溶液溶解,加5 mL ( 1 ＋1)硫酸,0. 5 mL30%过氧化氢 ,加热煮沸10 m in,冷却,用蒸馏水移1 000 mL容量瓶中,稀释至刻度,摇匀备用。

1.3实验方法

1.3. 1高岭土改性过程将高岭土高温焙烧,碱溶,结晶,将其合成类似于分子筛的材料载体材料'"4]。将高岭土在750℃的马弗炉中焙烧3 h,使之转型为偏高岭土;然后与10%的氢氧化钠溶液,以液固比(氢氧化钠溶液体积偏高岭石粉质量)20 1l,在70Q的恒温水浴中搅拌3 h,对高岭土进行碱溶;停止搅拌后,取出,在室温下放置0 5 h,然后在80℃的恒温器中,将老化后的偏高岭土进行晶化,晶化后进行固液分离,取固体用蒸馏水洗涤至pH值为7,即可获得高岭土型除砷剂载体。然后将除砷剂载体在一定浓度的三氯化铁的溶液中浸泡一定时间,使Fe*与除砷剂载体中的Na*,ca+等进行交换吸附,使Fe固载到载体上实现对高岭土的改性。改性后的高岭土型除砷剂进行洗涤,干燥,即得到产品。

1.3. 2改性高岭土除砷实验用改性后的高岭土常规静态法测定对As(V)的饱和吸附量,用下式计算除砷率(E/%) : E=[(C -C)/C。 ] x100% 式中C——起始水相中砷的浓度,mg/L; Ce——吸附平衡时水相中砷的浓度,mg/L。

1.4分析方法

1.4. 1砷含量砷铋钼蓝分光光度法。

1.4. 2 Fe的测定采用磺基水杨酸分光光度法。

2结果与讨论

21高岭土改性 高岭土主要成分是含水硅酸铝,一般认为其化