[发明专利]从水中去除含氧阴离子

说明书

本发明涉及用于借助至少一种阴离子交换剂与至少一种含氧阴离子特效吸附剂的组合、以及用于这个目的的一种装置或过滤器安排来从具有高比例的硅酸盐(硅酸根)的水以及水溶液中去除含氧阴离子的方法。

本发明的背景下的含氧阴离子具有化学式X_nO_m^-、X_nO_m^2-、X_nO_m^3-、HX_nO_m^-或H₂X_nO_m^2-，其中n表示整数1、2、3或4，m表示整数3、4、6、7或13而X表示一个金属系列As、Sb、Bi、Se、Cr、U。根据本发明，术语含氧阴离子优选表示化学式XO_m^2-、XO_m^3-、HXO_m^-或HXO_m^2-，其中m表示整数3或4并且X表示由As、Sb、Se、Bi、Cr、U组成的系列的一种金属。根据本发明，术语含氧阴离子特别优选地表示处于氧化态的砷(III)和(V)的、处于氧化态的锑(III)和(V)的、作为铬酸根的铬的、作为铋酸根的铋的、作为硒酸根的硒的含氧阴离子。根据本发明，这些含氧阴离子非常特别优选是H₂AsO₄^-、H₂SbO₄^-、HAsO₃^2-、HSbO₃^2-、AsO₄^3-、SbO₄^3-。这些含氧阴离子特别优选是H₂AsO₄^-、HAsO₃^2-、AsO₄^3-。将具体地根据本发明被去除的如以上提到的砷的含氧阴离子，在下文中也简称为砷。

在近几十年来已经相当大地提高了对饮用水的纯度要求。众多国家的卫生局已经发展了对于水中重金属浓度的限制。这适用于多种上述含氧阴离子，但是具体适用于砷、硒、锑或铬的那些。

在一定的条件下，例如砷的化合物可以从岩石中提取出并由此进入地下水。在天然水体中，砷以含三价和五价砷的氧化的化合物的形式出现。发现在天然水体中在pH值占主导是主要出现种类H₃AsO₃、H₂AsO₃^-、HAsO₄^2-、HAsO₄^2-。

除铬、锑和硒化合物之外，容易被吸收的As化合物是高度有毒和致癌的。然而，由矿山开采进入地下水中的铋对健康也是不安全的。在美国、印度、孟加拉、中国以及还有南美洲的很多地区，在某些情况下地下水中出现非常高浓度的砷。

现在许多的医学研究显示，在长时间暴露于高的砷污染中的人由于慢性砷中毒可能导致病理性皮肤变化(过度角化症)和不同类型的肿瘤。

在医学研究的基础上，世界卫生组织WHO在1992年推荐了全世界饮用水中砷的极限为10μg/l。

在许多欧洲国家和美国，这个值仍被超过。在德国，从1996起已经遵守10μg/l；在EU国家从2003年起并且在USA从2006起10μg/l的极限已经是可适用的。

离子交换剂以各种方式用于净化生水、废水和水性处理液流。离子交换剂还适用于去除含氧阴离子，例如砷酸根。因此，例如，R.Kunin和J.Meyers在Journal of American Chemical Society，B和69，page 2874及后面(1947)中描述了使用具有伯、仲和叔胺基团的离子交换剂对阴离子例如象砷酸根的交换。

尽管常规的阴离子交换剂吸收砷，但是它们由于它们仅仅低的选择性而具有短的使用寿命，并且因此在它们单独被使用时是不经济的或者并不由再生而产生大量的含盐废水。