一種可除砷的水凝膠材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明利用簡易的氨氣揮發(fā)方式和簡便的交聯(lián)方法，將Fe3+引入一種殼聚糖型的水凝膠體系中，并獲得摻雜Fe3O4且機(jī)械性能良好的水凝膠材料。所制備的該水凝膠材料具有網(wǎng)絡(luò)三維結(jié)構(gòu)，對重要環(huán)境污染物無機(jī)砷（+5價(jià)）具有很強(qiáng)的去除能力；天然高分子材料的使用，使得制備該水凝膠材料成本較低，是一種“綠色”、高效的除砷材料。
【專利說明】一種可除砷的水凝膠材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水體除砷材料的制備方法。本發(fā)明特別涉及環(huán)境友好的水凝膠類水體除砷材料。
【背景技術(shù)】
[0002]砷(As)是一種公認(rèn)的致癌物質(zhì)，可誘導(dǎo)生物細(xì)胞的形態(tài)和結(jié)構(gòu)發(fā)生突變(G.Beckman， L Beckman and 1.Nordensonj Environmental Health Perspectives, 1977，19，145 146)，長期飲用高砷水，會(huì)引起花皮病或皮膚角質(zhì)化等皮膚病、黑腳病、神經(jīng)病和血管損傷等疾病。隨著全球經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，煤礦開采、冶煉、化工生產(chǎn)和地下水不合理使用等活動(dòng)加劇，造成大量的含砷物質(zhì)進(jìn)入地表水體，進(jìn)而通過飲用水和食物鏈累積進(jìn)入人體，從而影響人類的生活和生產(chǎn)，并嚴(yán)重地威脅著人類的健康(A.A.Meharg,Trends in Plant Science, 2004, 9，415 417)。如:孟加拉國有 1.3 億居民長期飲用被砷污染的水源，造成8000多萬人的飲用水砷含量嚴(yán)重超標(biāo)(P.L.Smedley and D.G.Kinniburgh, Applied Geochemistry, 2002, 17, 517 568)。砷污染在歐美等發(fā)達(dá)地區(qū)日趨嚴(yán)重，美國環(huán)境保護(hù)署(USEPA)把砷定為表土污染的五大有毒元素之一，并將新的飲用水砷含量安全標(biāo)準(zhǔn)從50 ygL—1降至10 y g L_H世界衛(wèi)生組織規(guī)定的飲用水中砷含量標(biāo)準(zhǔn)是50 yg L—1)。中國也是受砷污染較為嚴(yán)重的國家之一，云南、廣西、新疆、內(nèi)蒙、湖南、廣東和貴州等省區(qū)的砷污染比較嚴(yán)重。
[0003]因此，砷污染是對人體健康造成嚴(yán)重威脅的一個(gè)重要的環(huán)境問題，其的治理就顯得尤其緊迫(A.A.Meharg, G.Sun, P.N.Williams, E.Adomako, C.Deacon, Y.G.Zhu,J.Feldmann and A.Raab, Environ.Pollut., 2008, 152, 746 749)。如何開發(fā)高效的除砷材料，最大限度地降低水體中砷含量，對含砷廢水處理和飲用水凈化有著現(xiàn)實(shí)意義，也是砷污染治理的關(guān)鍵措施。
[0004]目前，水體除砷的技術(shù)主要有吸附法、離子交換法、氧化法、膜技術(shù)和生物法等。這幾種技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)。吸附法適合于處理五價(jià)砷污染的地下水，而且吸附劑可以再生，不會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生二次污染，因此，綜合環(huán)保、成本和效率等因素考慮，吸附法已成為水體除砷最為適用的方法。
[0005]吸附法除砷的研究主要集中在發(fā)展新型、高效的吸附材料方面。目前，研究者已經(jīng)發(fā)展了無機(jī)和有機(jī)兩大類除砷的吸附材料:最常見和運(yùn)用最廣泛的無機(jī)吸附材料是鐵鹽和鋁鹽，以及它們相應(yīng)的納米材料；有機(jī)吸附材料主要是一些陽離子型的高分子材料，如聚己二烯二甲氯化銨、聚烯丙基二甲基氯化銨等。現(xiàn)已公開的吸附法除砷的材料有:將Ce摻雜在Fe氧化物，制備出Fe-Ce雙金屬氧化物吸附劑，在寬的pH范圍3 7條件下，能高效地除去As (V) (Y.Zhang, M.Yang, X.-M.Dou, H.He and D.- S.Wang, Environ.Sc1.Technol., 2005, 39，7246 7253);或0價(jià)鐵材料也被發(fā)展成為可原位去除被As (III)和As (V)污染的地表水的吸附劑，As (III)和As (V)對O價(jià)鐵材料所發(fā)生的腐蝕反應(yīng)也被詳細(xì)分析(B.A.Manning, M.L.Hunt, C.Amrhein and J.A.Yarmoff, Environ.Sc1.Technol. , 2002, 36，5455-5461);或磁鐵礦（Fe304)和磁赤鐵礦（y Fe203)的栗子狀納 米結(jié)構(gòu)也被制備，對As(V)表現(xiàn)出較高的吸附能力，特別是、Fe203，對As(V)去除率達(dá) 到 74%和去除容量達(dá)到 101.4 mg. g-1 (F. Mou, J. Guan, H. Ma, L. Xu and ff. Shi, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2012, 4, 3987 3993)。此外，其他的一系列的吸附法除砷 材料也被開發(fā)出來（Y.-M. Zheng, S. -ff. Zou, K. G. N. Nanayakkara, T. Matsuura and J. Paul Chen, J. Membrane Sci. , 2011, 374, 1 - 11 等）。上述方法制備除砷材料的條 件復(fù)雜，并且除砷能力也有一定的局限性，難以滿足對其廣泛應(yīng)用的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在發(fā)展一種高效、環(huán)境友好、簡便的方法制備水凝膠型的水體除砷材料。
[0007]本發(fā)明的方法涉及利用一種簡易的氨氣揮發(fā)方式和一種簡便的交聯(lián)方法，將Fe3+ 引入一種殼聚糖型的水凝膠體系中，并獲得摻雜Fe304且機(jī)械性能良好的水凝膠材料。所制 備的該水凝膠材料具有網(wǎng)絡(luò)三維結(jié)構(gòu)，對重要環(huán)境污染物無機(jī)砷（+5價(jià))具有很強(qiáng)的去除能 力。
[0008]所說的簡易的氨氣揮發(fā)方式是自行設(shè)計(jì)的一個(gè)密閉箱，專用于氨氣揮發(fā)。
[0009]所說的簡便的交聯(lián)方法是殼聚糖攜帶的伯胺基團(tuán)與末端含有醛基的乙二醛、丙二 醛、丁二醛和戊二醛反應(yīng)形成席夫堿。
[0010]應(yīng)用該方法，可在簡易條件下一次制備大量的水體除砷材料。該方法制備條件簡 單，成本低，材料對水體中砷的去除性能好且環(huán)境友好，并易于進(jìn)行物理、化學(xué)改性進(jìn)一步 提聞其除神性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明除砷材料的SEM實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。
[0012]圖2為本發(fā)明除砷材料的對不同As (V)含量的吸附能力圖。
[0013]圖3為本發(fā)明除砷材料不同的量對As (V)的吸附能力圖。
【具體實(shí)施方式】
在激烈的攪拌下，用2 M HC1溶液將2% (w/w)的殼聚糖溶解，并將不同體積的0.5 M Fe(N03)3溶液加入到殼聚糖溶液中，使Fe(N03)3濃度為：10_3 M、5 X10_3 M和10_2 M ;將 殼聚糖-Fe(N03) 3溶液放在實(shí)驗(yàn)室自行設(shè)計(jì)的一個(gè)密閉箱中（40 cm X 40 cm X 40 cm, 放置一個(gè)盛有20 mL濃氨水的50 mL燒杯)，24小時(shí)，取出凝膠，用50 mL超純水依次洗滌 三遍，低溫冷凍真空干燥，獲得的干膠放干燥器備用，并完成相應(yīng)的表征。
[0014]圖1是本方法所制備的干膠材料的SEM實(shí)驗(yàn)結(jié)果，具有微米水平尺度的層狀結(jié)構(gòu)， 這些層狀結(jié)構(gòu)是由眾多微米級纖維組成，說明所制備凝膠具有較好的穩(wěn)定性；圖2是本方 法所制備的干膠材料對不同As (V)含量（50ppb、100ppb、200ppb、500ppb和lOOOppb)的吸 附能力結(jié)果圖，結(jié)果表明干膠材料對50ppb As(V)具有較好的吸附，As(V)去除率達(dá)到63% 左右；圖3本方法所制備的干膠材料不同的量（lmg、3mg、5mg、10mg、20mg、30mg和40mg)對 As (V) (50ppb)的吸附能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，結(jié)果表明5 mg以上的干膠材料對As (V) (50ppb) 具有較高的去除能力。
【權(quán)利要求】
1.一種可除砷的水凝膠材料的制備方法，其特征在于:所述的材料環(huán)境友好，除砷性能好，制備方法簡單，其制備及除砷方法如下: 將一定量的殼聚糖溶解，并混合一定量的Fe(NO3)3 ;將殼聚糖-Fe (NO3)3溶液放在實(shí)驗(yàn)室自行設(shè)計(jì)的一個(gè)密閉箱中，反應(yīng)24小時(shí)，取出棕紅色的凝膠，超純水洗滌，低溫冷凍真空干燥，即可獲得產(chǎn)物；將制備的除砷材料加入一定量的含As (V)水體中，振蕩0.5-12小時(shí)后離心，分析上清液中As(V)的殘留量，用差減法計(jì)算As (V)的吸附量。
2.權(quán)利要求1所述的除砷方法，其特征在于:水體中As(V)的濃度范圍在10ppb-10000 ppbο
3.權(quán)利要求1所述的除砷方法，其特征在于:水體的pH值范圍在5-10。
【文檔編號(hào)】B01J20/28GK103480341SQ201310477618
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
【發(fā)明者】沈江珊, 張洪武, 楊溢 申請人:中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所