[发明专利]一种用于低浓度含砷水除砷的改性树脂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于含砷水处理技术领域。更具体地，涉及一种用于低浓度含砷水除砷的改性树脂及其制备方法。

背景技术

砷广泛存在于自然岩石、土壤中，随着工业发展促使大量有毒砷不断释放迁移至水体、土壤环境中，以至我国湖南、云南、内蒙古等部分地区水体砷含量远远超标，发生了地方性砷中毒事件。由于砷在人体内的积累效应，长期过量摄入砷会对人体肝脏、神经、血液、皮肤造成癌变等严重危害。1993年，世界卫生组织将饮用水砷含量安全限值降为10μg/L。目前我国最新实施的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006) 中供水水质含砷含量由旧标准的0.05mg/L降为0.01mg/L。

现有的除砷方法主要有吸附法、沉淀法、离子交换法、反渗透、电凝聚法等，其缺点有运行成本高、工艺复杂、效率低货耗时长等。混凝沉淀法一般需要投入大量混凝剂等且很难将砷浓度将至安全浓度范围内，同时还产生大量污泥，其处置不当可能对环境造成二次污染。相对而言，利用特殊的膜过滤设备虽然可以达到饮用水标准，但其因复杂的多级处理工艺和高昂的运行成本极大的限制了推广应用。鉴于多种方法技术的对比权衡，吸附法除砷因易操作、可重复使用、高效、成本低、灵活性强等优点得到广泛的发展，具有广阔的应用前景。对于新的性能优良、除砷效果好的吸附材料的开发和应用意义重大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有除砷吸附材料的不足，提供一种适用于低浓度含砷水的除砷工作的改性树脂，实现对饮用水、地表水、地下水等低浓度含砷水体的高效处理。

本发明另一目的是提供上述改性树脂的制备方法和应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

本发明公开了一种用于低浓度含砷水除砷的改性树脂，是将树脂浸渍于三氯化铝溶液中充分负载后，再继续浸渍于三氯化铁溶液中充分负载获得。三氯化铝的负载使后续铁的负载在树脂表面分布更加均匀，并且二者对砷的吸附产生协同效应，最终获得的改性树脂对砷的去除率基本在99%以上，尤其是可以适用于低浓度含砷水的除砷工作，除砷效率非常高。

其中，优选地，所述树脂为大孔阳离子交换树脂。更优选地，所述树脂为D113树脂。

上述用于低浓度含砷水除砷的改性树脂的制备方法，包括以下步骤：

S1.将树脂于40～95℃干燥1～24h；

S2.按照铝盐占树脂5～20%的质量比，将S1干燥后的树脂加入至新鲜配制0.5～1.5M（优选0.5M）的AlCl₃·6H₂O溶液中，真空搅拌0.5～2 h，使三氯化铝充分吸附包裹于树脂表面和孔隙中，并完全水解形成纳米氢氧化铝；

S3.步骤S2真空搅拌后，在空气中搅拌1h，使三氯化铝充分吸附包裹于树脂表面和孔隙中，并完全水解形成纳米氢氧化铝，过滤，水洗2～5次，于40～95℃干燥，得载铝树脂；

S4.按照铁盐占树脂5～30%的质量比，在氮气保护下，将S3的载铝树脂加入至新鲜配制0.5～1.5M（优选0.5M）的FeCl₃·6H₂O溶液中，搅拌0.5～2 h；

S5.然后再于空气中搅拌0.5～2 h，树脂表面氢氧化铝纳米因配位作用及表面羟基化效应可吸附固定Fe³⁺，于是Fe³⁺在载铝树脂表面均匀分布，进而水解、逐渐沉积形成纳米水合氧化铁被固定；最后超纯水洗涤，过滤至滤液无色，40～95℃干燥，得到改性树脂（即载有铁铝复合材料的树脂）。

其中，优选地，步骤S2所述铝盐占树脂的质量比为10～15%；步骤S4所述铁盐占树脂的质量比为10～15%。

优选地，步骤S2、S3、S4或S5所述搅拌速度为150～1000r/min。

根据上述制备方法制备得到的载有铁铝复合材料的改性树脂也在本发明的保护范围之内。

上述载有铁铝复合材料的改性树脂在低浓度含砷水的除砷方面的应用，也在本发明的保护范围之内。

本发明所提供的载有铁铝复合材料的改性树脂应用于含砷水的除砷时，适宜的pH值为5.5～7.5。一般饮用水、地下水等水环境的pH为6～8，砷常以HAsO₄^2-、AsO₄^3-形式存在且浓度较低，因此对于一般的自然水体的砷处理，本发明材料可直接投入其中或者过填充柱。而对于工业产生的低浓度含砷水需首先将含砷水的pH调节至5.5～7.5为宜。