[发明专利]利用小分子双酮光氧化处理水中三价砷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及水处理领域，特别是一种利用小分子双酮光氧化处理水中三价砷的方法。

背景技术

砷(As)是一种地下水中广泛存在的元素，长期饮用砷含量超标的水，可能导致皮肤色素沉积、皮肤角质化、皮肤癌、膀胱癌、高血压、心脑血管病、神经病变、糖尿病等一系列健康问题，对人体健康具有很大的危害。由自然地质原因（地质活动引起的含砷矿石的溶解）和人类的活动（工业中含砷废水的排放）引起的砷污染已经成为世界范围内的环境问题。

世界卫生组织规定饮用水中砷的最大允许含量为10 µg/L，美国环境保护署（US-EPA）提出饮用水中砷的最大含量不应超过5 µg/L，我国目前使用的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006) 要求饮用水中砷的最大浓度必须低于10 μg/L。在世界范围内，砷污染至少威胁着5000多万人的用水安全问题，而在我国，大约有1500万人口暴露在砷的有毒危害区。根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918-2002的相关规定，工业排水中砷含量不能高于0.5 mg/L，城市污水处理厂出水砷含量不能高于0.1 mg/L。然而，随着工、农业生产强度的增加，有色金属的开发和冶炼、含砷农药的生产和使用，越来越多的砷污染物排入水中，严重危害人体健康，实现含砷水的修复迫在眉睫。

在常见水中，有三价砷As(III）和五价砷As(V)两种，其中As(III)具有很大的危害性，毒性是As(V)的60多倍。As(III)在pH<9时以非离子的H₃AsO₃形式存在，As(V)则以离子态H₂AsO₄^- 和HAsO₄^2-形式存在。As(V)能够通过吸附、混凝/沉淀等方法去除(Environ. Pollut. 2010, 158, 1105−1118)。相对于As(V)，分子态存在的As(III)则较难去除。因此，将As(III)进行氧化转变为毒性更小、更容易去除的As(V)，对于水中As(III)的最终去除具有重要意义。

目前针对As(III)的氧化方法主要有空气氧化、氯气氧化、铁锰氧化物氧化以及芬顿试剂氧化等，这些方法存在着不同的问题：氧气的氧化速率较慢，氯气有产生有毒副产物的风险，而铁锰氧化物氧化以及芬顿试剂氧化则需要调节溶液到合适的酸碱性，对反应条件要求苛刻。

近年来，以UV/TiO₂、UV/H₂O₂为代表的光化学氧化技术受到了广泛关注，然而，TiO₂光催化剂难回收、易产生污泥，而H₂O₂性质不稳定，光吸收效率较低，限制了其在As(III)氧化中的应用。专利CN 103936136 A公开了一种利用紫外光激发草酸进而氧化水中As(III)的方法，但是该方法需要将水pH调整至2-6，氧化所需时间一般为30-120 min，速率比较慢。因此，寻找一种快速、高效的As(III)氧化技术具有重要意义。

专利CN 102491450 B公开了一种基于乙酰丙酮(2，4-戊二酮)的光氧化处理染料废水的方法，其脱色效率远优于UV/H₂0₂和UV/Ti0₂等方法；专利CN 102642890 B公开了利用两种小分子双酮（2,3-丁二酮或2,5-己二酮）作光活性剂氧化处理染料废水的方法；由此可知，小分子双酮，包括乙酰丙酮(AA)、2，3-丁二酮(BD)、2，5-己二酮(HD)具有光化学活性，能够高效脱色染料溶液。

小分子双酮(AA、BD、HD)对染料的脱色主要通过吸收光子，形成染料－双酮光激复合物，进行电子和能量转移，从而破坏染料中的发色团；而亚砷酸是一种无机酸，其结构和化学性质与染料类有机物截然不同，对光的吸收效率很低，能否与小分子双酮形成光激复合物尚未可知。目前，未见有利用UV/小分子双酮法氧化处理水中As(III)的方法报道。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种利用小分子双酮光氧化处理水中三价砷的方法，能够快速、高效地将水中的三价砷氧化为五价砷，本发明是这样实现的：