一種無機砷分離方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境分析領域。
技術背景
[0002]砷是一種常見的環(huán)境污染物，來源主要為地質(zhì)原因、工業(yè)廢棄物排放。目前研究表明:全球局部地區(qū)的地下水中砷污染較嚴重，砷普遍存在于地下水中，并且可通過飲用水，食物被人體攝入。長期砷攝入可引起神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、皮膚病變。在我國山西、內(nèi)蒙古、新疆、貴州等地的地下水中砷污染較嚴重。國家標準委和衛(wèi)生部聯(lián)合發(fā)布的《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749-2006)中明確規(guī)定了飲用水中砷的濃度應小于0.0lmg L'
[0003]砷的主要存在形態(tài)有As(III)、As(V)、單甲基砷酸(MMAA)和二甲基砷酸(DMAA)。不同形態(tài)砷的毒性順序為:As (III) >As (V) >MMAA>DMAA,并且無機砷的毒性遠大于有機砷。地下水中的砷主要以無機態(tài)As (III)和As (V)存在，As (III)易于被氧化為As (V)。由于砷的毒性取決于砷的形態(tài)，對地下水樣品中As (III)和As (V)形態(tài)的精準分析對于后期的科學研究具有重要意義。為了對地下水中As (III)和As (V)進行準確定量，需要對地下水樣品進行現(xiàn)場前處理。常見方法有兩種:1)通過現(xiàn)場向樣品中加入抗壞血酸、HC1、EDTA等阻止氧化和鐵離子沉淀的現(xiàn)象發(fā)生，再將樣品帶回實驗室進行測定。此方法有效時間短、容易受不同水質(zhì)影響，難以高效維持水中As (III)和As (V)的原比例；2)用離子交換樹脂，截留As (V)，此方法由于造價高、操作不便不能大規(guī)模應用。因此，開發(fā)一種造價低，高效，便于現(xiàn)場使用的砷分離方法對環(huán)境領域具有實際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術的缺陷，本申請的發(fā)明人進行了反復的深入研究，從而完成本發(fā)明。本發(fā)明的目的在于提供一種無機砷快速、高效的分離方法。
[0005]根據(jù)一個具體的實施方式，該方法包括下述步驟:首先將巰基硅烷負載到石英砂上制備成分離材料，然后將該分離材料制作成分離濾柱，使用該分離濾柱分離地下水樣品中的三價砷和五價砷。
[0006]根據(jù)一個具體的實施方式，所述分離材料的制備方式如下:將乙醇與巰基硅烷避光條件下混合，N2吹脫，加入石英砂密封，超聲后真空干燥。
[0007]根據(jù)一個具體的實施方式，所述分離材料的制備方式如下:3.0mL95v%乙醇與25mL3-巰丙基三甲氧基硅烷在塑料瓶中避光條件下混合，N2吹脫30min，加入80g石英砂密封，超聲3.0h，75°C條件下真空干燥1.5h。
[0008]根據(jù)一個具體的實施方式，所述分離濾柱的制備方式如下:將分離材料裝填到底部用絲棉堵塞的注射器中，制成分離濾柱。
[0009]根據(jù)一個具體的實施方式，所述分離濾柱的制備方式如下:將8.0g分離材料裝填到底部用絲棉堵塞的1mL注射器中，制成分離濾柱。
[0010]根據(jù)一個具體的實施方式，所述分離方式如下:將地下水樣品過濾后，采用重力流的方式流過分離濾柱。
[0011]根據(jù)一個具體的實施方式，該方法對三價砷的最大吸附量為1.6mg g_S方法適用溫度范圍為10-90°C，適用pH范圍為4-11。
[0012]本發(fā)明涉及一種無機砷分離方法，該方法以石英砂(S12)作為載體，用物理方法將3-巰丙基三甲氧基娃燒((3-Mercaptopropyl) trimethoxysilane,簡稱MPTS)負載到沙子上，制作小柱，用于地下水中As (III)和As (V)的分離。
[0013]本發(fā)明的方法可以選擇性吸附地下水中As (III)，從而實現(xiàn)As (III)截留，達到As (III)和As (V)完全分離的效果。
【附圖說明】
[0014]附圖1為本發(fā)明所用載體-石英砂的篩分曲線，它提供了負載所用石英砂的級配以及平均粒徑信息。
[0015]附圖2為本發(fā)明制備的巰基負載前后石英砂樣品以及MPTS純品紅外譜圖，結果表明MPTS純品譜圖上巰基的伸縮振動在2560CHT1，C-H鍵振動在2840-2940CHT1。從圖中可以看出負載后的石英砂樣品出現(xiàn)了巰基和C-H鍵的振動。說明巰基成功的負載于石英砂表面。
[0016]附圖3為本發(fā)明制備的分離材料在自來水基質(zhì)中對As (III)的吸附等溫線，數(shù)據(jù)表明此材料的吸附特性符合Freundilich吸附模型,最大吸附量Qm=1.6mgg'
[0017]附圖4為本發(fā)明制備的分離材料對自來水基質(zhì)中As (V)溶液的最大吸附量。數(shù)據(jù)表明此材料對As (V)不吸附。
[0018]附圖5是不同pH對本發(fā)明制備的分離材料的分離效果影響。結果表明pH在4-11區(qū)間內(nèi)，均能實現(xiàn)As (III)和As (V)完全分離。
[0019]附圖6是不同溫度條件對本發(fā)明制備的分離材料的分離效果影響。結果表明在10-90°C區(qū)間內(nèi)，均能實現(xiàn)As (III)和As (V)完全分離。
[0020]附圖7是分離材料對As (III)吸附效率隨MPTMS負載量的變化曲線，從圖中可以看出，MPTS負載量為3mL時，可以對40mg Γ1的As (III)達到98%以上的吸附。
[0021]附圖8是本發(fā)明制備的分離材料對20個地下水環(huán)境樣品的分離效果圖，數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明的方法對實際地下水樣品中的As (III)與As (V)可以達到100%的分離效果。
[0022]附圖9是本發(fā)明制備的分離材料在真空包裝條件下，As (III)吸附率隨保存時間的變化。分離材料在30天內(nèi)具有穩(wěn)定的As (III)吸附率，這一結果表明吸附材料具有良好的穩(wěn)定性，便于儲存，可用于含砷地下水樣品現(xiàn)場分離。
【具體實施方式】
[0023]下面進一步通過實施例來闡述本發(fā)明。
[0024]實施例1
[0025]巰基負載石英砂的過程:取3.0mL MPTS與25mL乙醇(95%)在避光的塑料瓶中充分混合，用N2吹脫30min后向混合溶液中加入預先用超純水洗干凈烘干的石英砂80g，密閉后超聲3h。接著將混合物轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)皿中在75°C條件下避光真空干燥1.5h。
[0026]實際地下水As (III)和As (V)的分離:將8.0g負載巰基的石英砂裝填到底部用絲棉堵塞的注射器中，制成濾柱。取實際地下水樣品5mL，0.22 μ m水系濾頭過濾后，采用重力流的方式流過巰基負載石英砂制備的濾柱。濾后溶液用0.22 μ m水系濾頭過濾，用HPLC-AFS測定樣品中As (III)和As (V)各自含量。
【主權項】
1.一種無機砷快速、高效的分離方法，該方法包括下述步驟:首先將巰基硅烷負載到石英砂上制備成分離材料，然后將該分離材料制作成分離濾柱，使用該分離濾柱分離地下水樣品中的三價砷和五價砷。2.如權利要求1所述的一種無機砷分離方法，所述分離材料的制備方式如下:將乙醇與巰基硅烷避光條件下混合，N2吹脫，加入石英砂密封，超聲后真空干燥。3.如權利要求2所述的一種無機砷分離方法，所述分離材料的制備方式如下:3.0mL95v%乙醇與25mL3_巰丙基三甲氧基硅烷在塑料瓶中避光條件下混合,N2吹脫30min，加入80g石英砂密封，超聲3.0h, 75°C條件下真空干燥1.5h。4.如權利要求1所述的一種無機砷分離方法，所述分離濾柱的制備方式如下:將分離材料裝填到底部用絲棉堵塞的注射器中，制成分離濾柱。5.如權利要求4所述的一種無機砷分離方法，所述分離濾柱的制備方式如下:將8.0g分離材料裝填到底部用絲棉堵塞的1mL注射器中，制成分離濾柱。6.如權利要求1所述的一種無機砷分離方法，所述分離方式如下:將地下水樣品過濾后，采用重力流的方式流過分離濾柱。7.如權利要求1所述的一種無機砷分離方法，該方法對三價砷的最大吸附量為1.6mgg_\方法適用溫度范圍為10-90°C，適用pH范圍為4-11。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無機砷分離方法。本方法分離材料以石英砂為載體，其上負載了三甲氧基硅烷（MPTS）。實驗表明本發(fā)明對實際地下水中As（III）和As（V）可實現(xiàn)快速分離。本發(fā)明分離材料制備簡單造價低，分離性能穩(wěn)定，分離方法pH和溫度適用范圍寬，操作簡便高效。
【IPC分類】G01N1/28, B01D15/10
【公開號】CN104922933
【申請?zhí)枴緾N201410102428
【發(fā)明人】景傳勇
【申請人】中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2014年3月19日