[发明专利]一种铜粉置换去除并回收水体中砷的方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种铜粉置换去除并回收水体中砷的方法，属于重金属水处理技术领域。

(二)背景技术

近年来，砷及其化合物在医学、合金、农药、电子等领域的广泛应用，极大促进了含砷化合物的开采和冶炼，这使得大量砷进入生物圈。然而，砷毒性大，长期过量摄入，会对人体健康造成严重的损害，导致慢性和急性中毒乃至癌症，砷污染问题亟待解决。砷污染是指由砷或其化合物所引起的环境污染。根据污染的载体不同，可以分为大气污染、土壤污染和水体污染。水体污染威胁最大，特别是饮用水和生活用水的水源中的砷污染。砷被人体吸收后，三价砷可干扰体内磷参与的反应，如阻碍三磷酸腺苷的合成等，砷还会与机体内酶蛋白的巯基反应，使酶失去活性，影响细胞正常代谢，从而引起组织损害和机体障碍，直接导致中毒甚至死亡。慢性饮水型砷中毒可对人体多系统功能造成危害，导致如高血压、心脑血管病、糖尿病、皮肤色素代谢异常等疾病，并最终发展为皮肤癌。

经世界卫生组织以及国际癌症研究机构认定，砷是人类的致癌剂之一，在USEPA列表中砷更是被认为是1号毒素。不同形态的砷，毒性也不同，其毒性顺序依次是AsH₃>无机As(III)>有机As(III)>无机As(V)>有机As(V)>单质As。在世界范围内，因饮用水受到砷污染而引起的急性或慢性砷中毒，而导致各种癌症等疾病，甚至死亡的案例频繁发生，这些触目惊心的数据已引起人们对饮用水中砷的高度重视。1993年，世界卫生组织制定的新的饮用水标准中规定砷含量的限制为10ppb，全球各国也纷纷采纳了这一标准，将饮用水中最大允许含砷量从原来的50ppb降到10ppb。

如何有效治理砷污染，减少砷的人为源，已成为全球各国亟待解决的重大问题。其中含砷废水严重破坏环境，含砷的饮用水危害着人们的健康和安全，国内外针对水体中砷污染的治理进行了大量的研究。主要有沉淀法、吸附法、膜分离法、离子交换法，氧化还原法，生物法和电化学法等方法。这些方法虽然可在一定程度上去除水体中高浓度的砷离子，但去除的砷以其他的固体废料形式存在，容易造成二次污染，且对水体中低浓度锑的去除效果不明显。

因此，研究新型高效去除并回收水体中砷，实现资源的可再生利用具有重要意义。

(三)发明内容

本发明的目的是针对现有技术对水体中砷污染治理的不足，提供一种铜粉置换去除并回收水体中砷的方法，通过在一定温度的盐酸体系中加入适量铜粉，可有效去除并回收水体中的砷。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铜粉置换去除并回收水体中砷的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)用盐酸将含砷废水的pH调至0～3，氮气保护下，加入铜粉，密闭反应器，以100～600r/min的速度搅拌反应，反应温度为10～80℃，置换时间为10～120min；所述含砷废水中，As(III)含量为0.1～20g/L；所述铜粉的质量用量以所述废水的体积计为5～50g/L；

(2)置换完成后，对反应体系进行过滤，回收滤渣，以及滤液经快速低温重结晶所得的晶体。

本发明铜粉置换去除并回收水体中砷的方法，所述步骤(1)中，优选所述铜粉的质量用量以所述废水的体积计为50g/L。

所述步骤(2)中，所得滤渣洗涤干燥后为黑色固体，主要成分为Cu₃As；所得滤液经快速低温重结晶可得白色晶体，为CuCl；铜粉置换去除水体中砷的同时可制备CuCl和Cu₃As，达到资源再生利用的目的。

本发明所述水体为工业重金属冶金废水、地表水或生活污水。

推荐本发明所述的铜粉为60～400目，优选200～400目。

本发明的有益效果是：本发明解决了水体中砷污染治理过程中对高浓度砷污水处理能力较差，且易造成二次污染的痼疾。采用铜粉置换的方法，在高效去除水体中砷的同时，不产生有毒砷化氢气体，且可制备重要化工原料CuCl和功能材料Cu₃As。本发明制备工艺简单、操作方便、效率高、易于实现，无二次污染，经济环保，实现了资源可再生利用。

(四)附图说明

图1：200mL As(III)含量为5g/L的分银渣浸出液，采用盐酸将溶液pH调至0，加入10g铜粉，通入氮气后密闭反应器，搅拌速度为400r/min，置换时间为60min，水体中砷的去除效率与反应温度的关系曲线。

(五)具体实施方式