[发明专利]一种三价砷吸附剂及其制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种三价砷吸附剂的制备方法及用途。

背景技术

砷作为有较强毒性的元素，广泛存在于自然水体和人类的饮用水中。砷的存在是自然界反应 (如生物活性、地球化学反应、火山爆发等) 和人为排放 (杀虫剂、化工、半导体制造等) 共同作用的结果。溶解于水中的砷不仅对环境造成了污染，而且会威胁到人类的健康，人长期饮用和食用含砷的水与食物，会使砷元素在人体内积累而使人更易患癌症 (如皮肤癌、肺癌、肝癌、肾癌、膀胱癌等)。随着砷中毒情况日益严重，世界卫生组织(WHO)早在 1993 年修订的饮用水水质标准，将砷的允许量从 50μg/L 降到 10μg/L，中国生活饮水卫生国家标准(B17051-1997)《二次供水设施卫生规范》中规定，饮用水中砷含量必须小于10μg/L。

无机砷在水中主要以As(III) 和As(V) 两种价态存在，不同价态砷的化合物的毒性也不尽相同，如亚砷酸(III)比砷酸(Ⅴ)的毒性大将近 60 倍，现在国内去除砷方法很多，传统的有化学沉淀法、氧化还原法、絮凝法、离子交换树脂法、生物法等，但这些方法存在投资大、运行成本高、操作管理麻烦，并且会产生二次污染和不能很好地解决金属和水资源再利用等问题。目前在实际运用中较多的是采用吸附法，吸附法因其材料便宜易得，成本低，去除效果好而一直受到人们的青睐。吸附技术的核心在于吸附剂，以铁氧化物、铝氧化物、锰氧化物及其复合物为活性组分的材料被广泛报道用于除砷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能有效吸附及富集、去除三价砷的三价砷吸附剂及其制备方法及用途。

本发明的技术解决方案是：

一种三价砷吸附剂的制备方法，其特征是：包括下列步骤：

1）磁性复合纳米Fe₃O₄@Au的制备，包括Fe₃O₄纳米的制备，Au在Fe₃O₄纳米上的包裹；

Fe₃O₄纳米的制备：

将0.6 g FeCl₃.6H₂O和0.2 g柠檬酸钠加入到20 mL乙二醇中，超声搅拌均匀；搅拌下加入1.0 g 醋酸钠，搅拌2h后，将混合溶液转入至聚四氟乙烯内衬的高压发应釜中，加热并保持200℃ 10 h；自然冷却至室温，弃去上层清液，所得黑色Fe₃O₄磁性纳米粒子洗涤3-5次后，分散于水中待用；

Au在Fe₃O₄纳米上的包裹：

取1 mL Fe₃O₄水溶液，加入50 mL乙醇中，超声分散5 min，再加入100 mL氨丙基三甲基硅烷，室温下搅拌12 h，然后加热冷凝回流2 h，待自然冷却后，用乙醇洗涤，磁分离后的产物分散在15 mL乙醇中，得到Fe₃O₄乙醇溶液；

将1.5 mL 0.2mol/L的NaOH加入到45 mL水中，然后加入1 mL 1%的四羟甲基氯化磷水溶液；5 min后，搅拌下将2 mL 1% HAuCl₄加至其中，在室温下继续搅拌2-4小时，将此溶液25 ml与上述制备的Fe₃O₄乙醇溶液混合，超声15 min，在室温下搅拌4-6 h；弃去上层过量的Au溶胶，用超纯水分散，多次洗涤直至上层呈无色，最后将产物分散于15 mL水中，得到包裹薄层Au的 Fe₃O₄复合粒子，即磁性复合纳米Fe₃O₄@Au；

2）核壳结构纳米的修饰

取1 ml 磁性复合纳米Fe₃O₄@Au，加入20 μL的谷胱甘肽溶液，室温下，在摇床上以150 rpm的速度振荡1-2 h，用超纯水多次磁分离清洗，静置备用。

一种所述的三价砷吸附剂的用途，其特征是：取砷标准储备溶液，稀释，加入至三价砷吸附剂溶液中，振荡1 h，用磁铁将吸附了砷的磁性复合纳米富集，并从溶液中分离出来。