[发明专利]一种三维球状臭葱石晶体的制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种三维球状臭葱石晶体的制备方法及其应用，所述制备方法包括：将三价铁源与五价砷源组成的反应体系的pH调至0.93～1.5，在120～200℃下进行水热合成反应。本发明得到的三维球状臭葱石晶体具有区别于常规锥体或金字塔形臭葱石的微观形貌结构，但分子式及结晶水含量与常规臭葱石相同，其具有较好的环境稳定性适合填埋或堆存，本发明的制备过程中可实现砷和铁的同时且高效去除，因此，将本发明的制备方法应用于含砷废水的处理具有非常好的应用潜力，而且，制备过程中pH值更接近实际中酸性含砷废水的酸度，减少中和剂的使用，有利于降低废水处理成本。

技术领域

本发明涉及无机晶体合成及环境水处理领域，尤其涉及一种三维球状臭葱石晶体的制备方法及其应用。

背景技术

随着近年来水体砷污染事件的发生，砷作为一种危害人体健康的剧毒元素已经受到社会各界的广泛关注。常见的砷去除方法有石灰法、硫化法、石灰铁盐法等。针对工业含砷废水，产渣量小、废渣稳定、操作简单的处理方法非常具有优势。因此，将砷转化为含砷的晶体矿物越来越受到关注，其中以臭葱石(FeAsO₄·2H₂O)的研究最多，臭葱石晶体中砷的含量非常高(32％)，臭葱石具有易于液固分离和可稳定堆存的优势。

已经发现的臭葱石微观形状有双锥形、柱形、晶簇形和葡萄形，不同结晶形态的臭葱石组成成分略有差异，但与理想分子式相符。现有的臭葱石的制备一般在pH为2～4条件下进行，用于处理酸性含砷废水时，需要大量中和试剂来调节pH，且砷的去除效果有待进一步提高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种三维球状臭葱石晶体的制备方法及其应用，该制备方法能同时且高效去除砷和铁，制备得到的三维球状臭葱石晶体具有较高的环境稳定性，对于含砷废水处理及砷渣稳定化具有重大意义。

本发明提供的一种三维球状臭葱石晶体的制备方法，包括：将三价铁源与五价砷源组成的反应体系的pH调至0.93～1.5，在120～200℃下进行水热合成反应。

上述技术方案中，通过控制反应体系的pH在0.93～1.5范围内，且控制水热合成反应在120～200℃下进行，可以制备得到一种微观形貌为三维球状的臭葱石晶体，有别于现有的锥体或金字塔形等形状的臭葱石。

优选地，采用硝酸调节所述反应体系的pH。

优选地，所述反应体系中铁砷摩尔比为0.67～1，更优选为1。

优选地，所述反应体系中砷浓度为0.015～0.15mol/L，铁浓度为0.01～0.15mol/L。

优选地，所述进行水热合成反应的反应时间为8～12h。

优选地，所述三价铁源为硝酸铁，所述五价砷源为砷酸钠。

以上优选条件均有助于促进溶液中的铁和砷形成三维球状结构显著的臭葱石晶体。

本发明还提供一种由上述制备方法制备得到的三维球状臭葱石晶体。所述三维球状臭葱石晶体由二维片层或一维线形的一级结构组成球状结构，不同于常规的锥体或金字形等微观形状。

本发明另一目的是提供一种处理含砷废水的方法，包括：先将所述含砷废水中的砷全部转化成五价砷，再向所述含砷废水中加入三价铁源并调节pH至0.93～1.5，最后在120～200℃下进行水热合成反应。

上述技术方案中，通过pH以及温度的控制，能够实现含砷废水中砷的有效去除，且形成的三维球状臭葱石晶体具有较好的环境稳定性，适合填埋或堆存。

优选地，所述含砷废水中的砷与所述三价铁源中的铁摩尔比为1:1。

上述技术方案中，将砷和铁的摩尔比控制在1:1，有利于砷和铁的同时高效去除。