[发明专利]一种双孔结构砷吸附材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及吸附材料制备领域，具体地来说是一种吸附水中砷的双孔结构砷吸附材料及其制备方法。

背景技术

砷的危害

作为氮家族的一员，砷是无臭无味的半金属，自然存在于岩石和土壤中。它可以与其他元素合成有机和无机砷，而后者毒性更强，在水中更常见。世卫组织认为，长期饮用含砷量超过每升10毫克的水可导致砷中毒，这是一种导致皮肤紊乱、坏疽以及肾癌和膀胱癌的慢性病。

元素砷的毒性很低，但砷的化合物均有毒，砒霜(As₂O₃)就是一种三介砷化物，砷进入人体内被吸收后，破坏了细胞的氧化还原能力，影响细胞正常代谢，引起组织损害和机体障碍，可直接引起中毒死亡。饮用水是人们接触砷的最主要的途径之一，慢性饮水型砷中毒对人体多系统功能均可造成危害，包括高血压、心脑血管病、神经病变、糖尿病、皮肤色素代谢异常及皮肤角化，影响劳动和生活能力，并最终发展为皮肤癌，可伴膀胱、肾、肝等多种内脏癌的高发。从慢性砷暴露开始约20至30年，癌症开始发病。患者往往眼看着自己的皮肤病变一步步恶化，却又无能为力，最终发生癌变。最新研究还表明胎儿比成人对砷的毒性更敏感。

砷和砷化物一般可通过水、大气和食物等途径进入人体。环境水体中的砷特别是饮用水水源中的砷，是砷在环境中最大的威胁。饮用水的水源有地表水(河流、湖泊和海水)和地下水，不同的水源含有的砷浓度不同，但是，在很多地下水中常伴随着高浓度的砷。在河流中，砷的浓度一般较低，约0.1～0.8μg/L，但有时也会存在较高浓度的砷。河流中的砷浓度常取决于河流的表面补给及其基岩岩性。但是地热和含有高浓度砷的地下水，或工业污染也可导致河流中砷浓度的升高。砷和含砷金属的开采、冶炼，用砷或砷化合物作原料的玻璃、颜料、原药、纸张的生产以及煤的燃烧等过程，都可产生含砷废水、废气和废渣，对环境造成污染。大气含砷污染除岩石风化、火山爆发等自然原因外，主要来自工业生产及含砷农药的使用、煤的燃烧。采矿、冶炼的废渣，冶金、化工、农药、染料和制革等的工业废水和地热发电厂的废水中均含砷，被砷污染的河水，会降低生化需氧量。含砷废水、农药及烟尘都会污染土壤。砷在土壤中累积并由此进入农作物组织中。砷对农作物产生毒害作用最低浓度为3mg/L，对水生生物的毒性亦很大。

现有的饮用水除砷技术

混凝技术。

其特点是选用铁盐和铝盐作为混凝材料，将其适量地投入到砷污染的水源中，强力混合，水解析出氢氧化铁或氢氧化铝的微细物，后者在缓慢搅动一定时间后絮凝成易于沉降的絮状物，经过澄清，上述水通过砂床、布层或微滤膜过滤，得到合格产水。此方法的弱点是去除毒性较大的三价砷比较困难，需要预先氧化处理；另外，此方法还会产生大量含砷较高、水分占50％以上的氢氧化物污泥，这些淤泥还需要进一步的处理。

离子交换技术

其特点是利用离子交换树脂床来净化含砷水，其中砷阴离子与树脂上的阴离子发生交换而将砷有效去除。通常采用的树脂是氯型强碱性阴离子交换树脂。用过的树脂常用氯化钠溶液再生，并能重复使用。离子交换除砷技术的不足之处在于源水中的常见阴离子会对砷吸附产生干扰，尤其是硫酸根离子竞争吸附，因而对砷的交换容量较小。

膜技术

膜技术又分为反渗透膜分离技术和纳滤膜分离技术。其特征是使用反渗透膜和纳滤膜，对饮用水源施加大于其渗透压而方向与之相反的压力，驱使源水中的水透过膜，而水中的砷则被截留，形成浓的砷溶液排出。此技术的不足之处在于进行反渗透或纳滤之前，要根据源水的水质状况，考虑和实行源水的预处理，以防止反渗透过程中对膜的污染。膜技术虽然能严格的达到砷标，但是操作及维护技术性高、费用高，还会产生大量的含砷废水。

吸附技术

吸附技术的特征是水溶液中的砷通过与吸附质的物理或化学作用力，吸附于吸附质的表面。如发生的是物理吸附，则是由吸附材料和吸附质之间的分子间引力(范德华力)而产生的吸附。此吸附结合力较弱，吸附热小，一般不需要活化能，可以在短时间达到吸附平衡，吸附过程是可逆的。化学吸附则是由吸附材料与吸附质之间的化学键作用而产生的键吸附。化学吸附热通常较大，比物理吸附的吸附热大一到两个数量级，通常需要活化能，反应的速率一般较物理吸附慢，且化学吸附具有很强的选择性，吸附通常是不可逆的。吸附除砷的优点是经济方便，费用较低，吸附材料可以重复利用，不产生高污染的污泥和废水。然而现有吸附技术中例如采用传统纳米砷吸附材料，吸附材料的难以制成较大颗粒，不适宜在多种水处理器中使用，容易出现的纳米材料难以与处理后的水体分离等问题。

发明内容