[发明专利]一种磁性除砷固体螯合剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种磁性除砷固体螯合剂粉体材料及其制备方法，粒径范围为0.5‑500.0μm，所述方法选用内部包覆磁性材料的SiO₂颗粒作为核壳材料基体，通过表面修饰在壳层上引入膦酸官能团，再络合对砷具有亲和性的金属离子，制得新型磁性除砷固体螯合剂粉体材料。该螯合剂结构稳定，应用范围广，螯合捕集能力强，在水土中、土壤中或者固液悬浮（混合）体系中对砷氧根离子可进行选择性吸附分离与富集，同时具有能快速被磁铁或者磁选装置从水体、土壤、固液悬浮体系中分离出来，便于再生重复利用，成本低，能够广泛应用于土壤等复杂体系或者矿选设备进行自动化大规模金属离子分离的优点，适用于环境保护、污染治理、生物分离、矿选等行业。

技术领域

本发明涉及一种磁性除砷固体螯合剂的制备方法，此类螯合剂能将水土中、土壤中或者固液虚浮（混合）体系中的砷氧根离子进行选择性吸附分离与富集。本方法属于环境化学领域。

背景技术

As是一种剧毒、致癌元素。矿产的开发和冶炼、含As农药和肥料的使用等，使砷进入到环境中，并在土壤中逐渐累积。由于砷和重金属一样在环境中具有不可降解性和相对稳定性，进入土壤后难以消除。As由于在土壤中主要以阴离子形式存在，相比其它重金属污染土壤的修复难度更大。在土壤中，As(Ⅲ)对作物的毒性大于无机As(Ⅴ)。As与巯基具有高度的亲和力，故As能与含巯基的蛋白质、氨基酸、酶类结合，严重干扰其生物活性；As原子结构与磷相似，增加土壤中的As，能使植物对磷的吸收减少，干扰作物对磷的代谢途径。如何缓解或者解决土壤的重金属污染成了全球关注的棘手问题。

目前为止，主要有植物修复、化学固定修复和化学萃取修复等方法。实际上，植物修复土壤需要很长时间；化学固定不能够去除土壤中的重金属，当土壤条件改变时，重金属有重新溶出活化的风险；化学萃取，尤其是用到强酸萃取会导致土壤组分的严重破坏。吸附法是利用固体吸附材料在与含砷体系的接触过程中，有选择性地吸附砷氧根离子，吸附后的材料用酸或者碱进行洗脱再生，从而实现砷氧根离子的分离和富集。膦酸金属络合物中心金属离子尚未配位的位点对砷氧根离子具有很强的螯合捕集作用，能够螯合捕集砷氧根离子。

Wei Junying在Rapid Communications in Mass Spectrometry，2008年22（7）上发表了论文“Highly efficient enrichment of phosphopeptides by magneticna no particles coa ted wi th zi rconium phos phona te f o r phos pho proteomeanalysis”，其制备的膦酸锆官能团数量较少，吸附容量较低。

功能性磁性复合材料是以磁性SiO2作为核壳材料基体，通过物理、化学方法包覆修饰形成，在外加磁场的作用下进行快速的分离回收。鉴于此，本发明拟结合膦酸金属络合物对砷氧根离子的超强选择性吸附作用的特点，通过有机-无机杂化反应，将膦酸金属络合物接枝于磁性SiO2微球基体表面，以制备对砷氧根离子具有高效吸附性能的功能化磁性固体螯合剂，该螯合剂具有螯合捕集速度快，吸附容量大，选择性强的优点。

发明内容

针对现行技术的不足之处，本发明制备的磁性除砷固体螯合剂方法简单、成本低廉、吸附容量大、选择性强，能够有效地分离和富集砷。

本发明的目的之一在于提供了一种磁性除砷固体螯合剂；本发明的目的之二在于提供了一种磁性除砷固体螯合剂作为土壤等复杂体系砷污染移除净化的应用。

本发明的技术方案包含以下部分。

一种磁性除砷固体螯合剂粉体材料，以内部包覆磁性纳米粒子的SiO2颗粒作为磁性核壳结构材料基体，壳层SiO2上由共价键链接膦酸官能团，膦酸官能团络合了对砷具有亲和性的金属离子，所述对砷具有亲和性的金属离子为Cu2+或者Fe2+或者Fe3+或者Zr4+或者La3+或者Zn2+中的一种或多种；该磁性除砷固体螯合剂粉体材料采用如下方法进行制备：