羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物過氧化氫氧化除砷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物過氧化氫氧化除砷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]天然水或低下水中砷的過量攝入會對人體產(chǎn)生巨大的危害，誘發(fā)皮膚癌、肺癌、膀胱癌和腎癌等疾病，同時，也能引起皮膚色素改變、角化過度癥和神經(jīng)障礙等癥狀。為此，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，飲用水的砷含量不得超過10微克/升。一項發(fā)表于《科學(xué)》的研究成果顯示，中國有近2000萬人生活在砷污染高風(fēng)險區(qū)域，1500萬人的飲用水中砷含量超過每升10微克，超過每升50微克的有約600萬人，砷濃度超過每升10微克的地區(qū)總面積為58萬平方公里。因此，水中砷超標(biāo)污染已經(jīng)成為亟待解決的問題。采用吸附方法將砷吸附在吸附劑表面被認(rèn)為是從水中除去砷的有效的方法。經(jīng)金屬離子浸漬的活性炭、天然鐵礦粉、氧化鐵包覆無機(jī)材料、氨基改性硅膠、鐵負(fù)載離子交換樹脂等皆可用于水中砷的除去。天然水或低下水中無機(jī)砷的主要存在形態(tài)為五價砷和三價砷，三價砷的毒性為五價砷的25-60倍。目前，常用除砷吸附劑對三價砷的除去效率皆低于五價砷。因此，為了提高除砷吸附劑的除砷效率，通常是先將三價砷氧化成五價砷，再經(jīng)過吸附、凝聚、離子交換或膜過程加以去除。公開號為CN1506329A的中國發(fā)明專利公開了高砷地下飲用水的處理方法和裝置，該方法采用臭氧將毒性大、難處理的三價砷氧化為五價砷，再利用高效除砷吸附劑將五價砷完全除去。該除砷方法采用的是先氧化后吸附的兩步除砷法，過程繁瑣。公開號為CN102910767A的中國發(fā)明專利公開了一種活性炭纖維水熱法負(fù)載二氧化鈦光電催化氧化除砷的方法，采用光電催化將三價砷氧化成五價砷，然后利用二氧化鈦、鐵氧化物或活性氧化鋁等吸附劑將五價砷完全去除。該方法除了具有過程繁瑣的缺點之外，光電催化氧化過程中需要紫外光光源和光電極等設(shè)備，提高了運行成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于制備了羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物，以過氧化氫為氧化劑，并將其應(yīng)用于水溶液中三價砷的去除，達(dá)到氧化和去除的雙重效果。
[0004]本發(fā)明的目的可以通過如下措施來達(dá)到:
(1)將丙烯腈、過硫酸鉀、司盤80、2%聚乙烯醇水溶液和去離子水加入到250ml的三口圓底燒瓶中，在氮氣保護(hù)下攪拌20分鐘后，加熱反應(yīng)一定時間，過濾出固體，經(jīng)乙醇萃取、真空干燥后得到中間體聚丙烯腈；
(2)將聚丙烯腈與鹽酸羥胺、甲醇混合，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液的PH至8左右，于一定溫度下攪拌反應(yīng)，過濾出固體，經(jīng)乙醇洗滌、真空干燥后得到中間體羥胺改性聚丙烯腈；
(3)將羥胺改性聚丙烯腈與三氯化鐵溶液混合，攪拌反應(yīng)，過濾出固體，經(jīng)去離子水洗滌、真空干燥后得到羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物；
(4)將羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物與含三價砷水溶液混合，向混合液中加入雙氧水，將混合液振蕩一定時間后，過濾出羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物，使含高砷濃度水溶液達(dá)到國家安全飲用水標(biāo)準(zhǔn)。
[0005]本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
本發(fā)明所涉及的羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物合成工藝簡單，采用雙氧水作為綠色氧化劑，氧化條件溫和，對三價砷的氧化效率高；羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物同時具有優(yōu)異的吸附功能，可將氧化后的五價砷有效吸附，達(dá)到氧化和去除的雙重效果；此外，羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物可以重復(fù)利用，不產(chǎn)生污泥，可用于水中三價砷的砷去除。
[0006]本發(fā)明的目的還可通過如下具體措施來實現(xiàn):
實施例1:
于圓底燒瓶中分別加入22毫升丙烯腈、0.04克過硫酸鉀、0.22克司盤80、2.0毫升2%聚乙烯醇水溶液及18毫升去離子水，在氮氣保護(hù)下攪拌20分鐘后，加熱反應(yīng)5小時，過濾出固體，經(jīng)乙醇萃取、真空干燥后得到中間體聚丙烯腈。
[0007]5克聚丙烯腈與7.5克鹽酸羥胺、150毫升甲醇混合后，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液的pH至8左右，在60°C攪拌反應(yīng)12小時，過濾出固體，經(jīng)乙醇洗滌、50°C下真空干燥48小時后得到羥胺改性聚丙烯腈。
[0008]將5克羥胺改性聚丙烯腈與500毫升濃度為0.0025摩爾/升三氯化鐵水溶液混合，于室溫下置于振蕩器中振蕩24小時，過濾出固體，用去離子水洗滌后，50°C下真空干燥48小時得到羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物。
[0009]將50毫克羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物與20毫升濃度為500微克/升的三價砷溶液混合，加入雙氧水，使混合液中過氧化氫的濃度為150毫克/升，攪拌2?5小時后，將羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物濾出，所得濾液中的砷濃度達(dá)到國家安全飲用水標(biāo)準(zhǔn)。
[0010]
實施例2:
于圓底燒瓶中分別加入24毫升丙烯腈、0.07克過硫酸鉀、0.26克司盤80、4.0毫升2%聚乙烯醇水溶液及20毫升去離子水，在氮氣保護(hù)下攪拌20分鐘后，加熱反應(yīng)5小時，過濾出固體，經(jīng)乙醇萃取、真空干燥后得到中間體聚丙烯腈。
[0011]5克聚丙烯腈與7.5克鹽酸羥胺、150毫升甲醇混合后，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液的pH至8左右，在60°C攪拌反應(yīng)12小時，過濾出固體，經(jīng)乙醇洗滌、50°C下真空干燥48小時后得到羥胺改性聚丙烯腈。
[0012]將5克羥胺改性聚丙烯腈與500毫升濃度為0.005摩爾/升三氯化鐵水溶液混合，于室溫下置于振蕩器中振蕩24小時，過濾出固體，用去離子水洗滌后，50°C下真空干燥48小時得到羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物。
[0013]將50毫克羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物與20毫升濃度為1000微克/升的三價砷溶液混合，加入雙氧水，使混合液中過氧化氫的濃度為200毫克/升，攪拌2?5小時后，將羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物濾出，所得濾液中的砷濃度達(dá)到國家安全飲用水標(biāo)準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物過氧化氫氧化除砷的方法，其特征在于該方法由如下四個步驟組成: (1)將丙烯腈、過硫酸鉀、司盤80、2%聚乙烯醇水溶液和去離子水加入到250ml的三口圓底燒瓶中，在氮氣保護(hù)下攪拌20分鐘后，加熱反應(yīng)一定時間，過濾出固體，經(jīng)乙醇萃取、真空干燥后得到中間體聚丙烯腈； (2)將聚丙烯腈與鹽酸羥胺、甲醇混合，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液的PH至8左右，于一定溫度下攪拌反應(yīng)，過濾出固體，經(jīng)乙醇洗滌、真空干燥后得到中間體羥胺改性聚丙烯腈； (3)將羥胺改性聚丙烯腈與三氯化鐵溶液混合，攪拌反應(yīng)，過濾出固體，經(jīng)去離子水洗滌、真空干燥后得到羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物； (4)將羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物與含三價砷水溶液混合，向混合液中加入雙氧水，將混合液振蕩一定時間后，過濾出羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物，使含高砷濃度水溶液達(dá)到國家安全飲用水標(biāo)準(zhǔn)。2.所述步驟(I)制備聚丙烯腈反應(yīng)中，丙烯腈的用量為19?24毫升；過硫酸鉀的用量為0.04?0.07克；司盤80的用量為0.20?0.26克；2%聚乙烯醇水溶液用量為2?4毫升；水的用量為18?22毫升；反應(yīng)溫度為60?72°C;反應(yīng)時間為6?9h ;所述輕胺改性聚丙烯腈的制備反應(yīng)中，聚丙烯腈與鹽酸羥胺的重量比為1:1.5，并且所述聚丙烯腈與鹽酸羥胺的反應(yīng)溫度為60?70°C，時間為8?1h;所述步驟(3)制備羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物的反應(yīng)中，羥胺改性聚丙烯腈與三氯化鐵水溶液的混合比例為5克:200?500毫升，三氯化鐵水溶液的pH為5.5，濃度為0.0001?0.005摩爾/升；所述步驟(4)中，將50毫克羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物與20毫升濃度為500?2000微克/升的三價砷溶液混合，加入雙氧水，使混合液中過氧化氫的濃度為100?200微克/升，攪拌2?5小時后，將羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物濾出，所得濾液中的高砷濃度水溶液達(dá)到國家安全飲用水標(biāo)準(zhǔn)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物過氧化氫氧化除砷的方法，其特征在于該產(chǎn)品用于水溶液中三價砷的去除。
【專利摘要】本發(fā)明公開了羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物過氧化氫氧化除砷的方法。該方法采用羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物過氧化氫氧化，將毒性大并且難處理的三價砷氧化為容易處理的五價砷，利用羥胺改性聚丙烯腈-鐵配合物對砷所具有的優(yōu)異的吸附性能，將五價砷完全去除；本發(fā)明工藝簡單、操作方便、成本低廉，不產(chǎn)生污泥渣，可有效去除水中的三價砷。
【IPC分類】C02F1/72, C02F1/28, C02F1/58
【公開號】CN105152303
【申請?zhí)枴緾N201510678497
【發(fā)明人】紀(jì)春暖, 曲榮君, 卜凡玲
【申請人】魯東大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年10月20日