[发明专利]一种水体正三价砷的净化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料的制备技术领域，涉及具有光催化及磁分离功能的净化材料的制备方法，属于环境技术领域。

背景技术

砷是普遍存在于自然界中的一种准金属元素，根据形态不同，砷可以分为无机砷和有机砷。根据化合价不同，砷又可分为正五价砷As（V）和正三价砷As（III）。一直以来，砷以其高毒性而闻名于世。国际癌症研究机构于1980年将砷元素正式确认为人类致癌物。近年来，由于人类活动对自然环境的破坏，砷对环境的污染日趋严重，尤其是对全球水资源的污染。因此，对水体砷的净化处理研究迫在眉睫。

在水体中，砷主要以亚砷酸（AsO₃^3-）和砷酸（AsO₄^3-）的形式存在，在自然环境pH条件下，亚砷酸一般不带电荷，而砷酸带负电荷，因此在传统的水处理过程中，首先通过预处理，将亚砷酸氧化转化成砷酸，然后通过静电吸附作用将水中的砷全部去除。然而此过程繁琐，后续处理麻烦。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高效且环保的砷吸附剂，尤其是可简单有效地去除水体砷（III）的绿色环保水净化材料的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）将Fe₃O₄ 、TiO₂纳米粒和壳聚糖或壳聚糖的季铵盐衍生物溶于醋酸溶液中，形成混合液；

2）将混合液与液体石蜡在搅拌20 min后加入0.6 mL吐温80和4 mL乙酸乙酯，得W/O乳液；

3）将W/O乳液升温至40℃后，在转速为500 r/min的条件下，加入甲醛，再升温至50℃后加入戊二醛，形成混合体系；

4）用氢氧化钠水溶液调节步骤3）制成的混合体系pH至7.5，经搅拌反应至结束，再依次以石油醚、丙酮、乙醇和二次水洗涤，经干燥，取得壳聚糖基微纳米粒，即净化材料。

本发明采用一种可生物降解、环境友好的壳聚糖或其季铵盐衍生物为载体材料，采用反相悬浮交联聚合法包裹二氧化钛、四氧化三铁纳米粒子制备壳聚糖基微纳米粒，研究其对水体砷(III)的去除效率及使用条件。最终制得的壳聚糖基微纳米粒可有效去除水体砷(III)，且具有光敏性及磁分离功能，尤其是取代度为64.47%的季铵盐化壳聚糖基微纳米粒在可能存在的自然环境pH（4-10）的范围内除砷(III)可达90%以上，且基本不受水体中硫酸根、磷酸根离子的影响。

本发明克服现有除砷材料，尤其是针对水体砷(III)除砷材料存在的不足，制备方法简便可靠，实验周期较短，可望批量生产以应用于实际水处理。

本发明所制得的壳聚糖微纳米粒(MTCNPs)、季铵盐壳聚糖微纳米粒(MTHCNPs-1、MTHCNPs-2)除砷(III)效率高，随季铵盐取代度增大，去除效率越高；pH值为中性时，除砷(III)效率最高；0.5 h内三种复合材料均可达到较高吸附率，2 h内达到吸附饱和；低离子浓度下所得微纳米粒除砷(III)效率基本不受影响，只有在极高PO₄^3-浓度下，其除砷(III)效率降低（自然条件下，地下水中的磷酸根浓度一般都很低）；紫外光照射，可有效增加微纳米粒的吸附能力且具有磁分离功能，便于后续处理。研究表明MTHCNPs-2在pH 5-10的范围内除砷(III)效率均可达90%以上，而自然水体的pH一般为4-10，表明MTHCNPs-2可有效应用于各种自然水体中砷(III)的吸附处理。MTHCNPs-2有望成为一种具有高除砷(III)效率及磁分离功能的新型绿色环保材料，且制备工艺简单，适合批量生产。

另外，所述Fe₃O₄ 、TiO₂ 和壳聚糖或壳聚糖季铵盐衍生物的混合质量比为2︰2︰5。在此比例下，所制得的壳聚糖基微纳米粒具有磁分离功能及光催化功能且具有较高的砷（III）吸附效率。

本发明所述醋酸溶液为2 wt%的醋酸水溶液，以充分溶解壳聚糖及壳聚糖季铵盐；且溶解时采用超声处理，以加速溶解速度。

在所述W/O乳液中，吐温80的体积百分比为1.5%，乙酸乙酯的的体积百分比为10%，以形成稳定的油包水乳液。

在所述步骤3）制成的混合体系中，甲醛的体积百分比为8%，戊二醛的体积百分比为4%，以使反应交联完全，获得粒径较均匀的壳聚糖基微纳米粒。

为了使交联反应充分进行，最好是在30min内将甲醛加入W/O乳液中。

附图说明