一种用于低浓度含砷水除砷的改性树脂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于含砷水处理技术领域。更具体地，涉及一种用于低浓度含砷水除砷的 改性树脂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 砷广泛存在于自然岩石、土壤中，随着工业发展促使大量有毒砷不断释放迀移至 水体、土壤环境中，以至我国湖南、云南、内蒙古等部分地区水体砷含量远远超标，发生了地 方性砷中毒事件。由于砷在人体内的积累效应，长期过量摄入砷会对人体肝脏、神经、血液、 皮肤造成癌变等严重危害。1993年，世界卫生组织将饮用水砷含量安全限值降为10 μ g/L。 目前我国最新实施的《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006)中供水水质含砷含量由旧标 准的 0· 05mg/L 降为 0· 01mg/L。
[0003] 现有的除砷方法主要有吸附法、沉淀法、离子交换法、反渗透、电凝聚法等，其缺点 有运行成本高、工艺复杂、效率低货耗时长等。混凝沉淀法一般需要投入大量混凝剂等且很 难将砷浓度将至安全浓度范围内，同时还产生大量污泥，其处置不当可能对环境造成二次 污染。相对而言，利用特殊的膜过滤设备虽然可以达到饮用水标准，但其因复杂的多级处理 工艺和高昂的运行成本极大的限制了推广应用。鉴于多种方法技术的对比权衡，吸附法除 砷因易操作、可重复使用、高效、成本低、灵活性强等优点得到广泛的发展，具有广阔的应用 前景。对于新的性能优良、除砷效果好的吸附材料的开发和应用意义重大。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是克服现有除砷吸附材料的不足，提供一种适用于低浓 度含砷水的除砷工作的改性树脂，实现对饮用水、地表水、地下水等低浓度含砷水体的高效 处理。
[0005] 本发明另一目的是提供上述改性树脂的制备方法和应用。
[0006] 本发明上述目的通过以下技术方案实现： 本发明公开了一种用于低浓度含砷水除砷的改性树脂，是将树脂浸渍于三氯化铝溶液 中充分负载后，再继续浸渍于三氯化铁溶液中充分负载获得。三氯化铝的负载使后续铁的 负载在树脂表面分布更加均匀，并且二者对砷的吸附产生协同效应，最终获得的改性树脂 对砷的去除率基本在99%以上，尤其是可以适用于低浓度含砷水的除砷工作，除砷效率非 常尚。
[0007] 其中，优选地，所述树脂为大孔阳离子交换树脂。更优选地，所述树脂为D113树 脂。
[0008] 上述用于低浓度含砷水除砷的改性树脂的制备方法，包括以下步骤： 51. 将树脂于40~95°C干燥1~24h ; 52. 按照铝盐占树脂5~20%的质量比，将SI干燥后的树脂加入至新鲜配制0. 5~ I. 5M (优选0. 5M)的AlCl3 ·6Η20溶液中，真空搅拌0. 5~2 h，使三氯化铝充分吸附包裹于 树脂表面和孔隙中，并完全水解形成纳米氢氧化铝； 53. 步骤S2真空搅拌后，在空气中搅拌lh，使三氯化铝充分吸附包裹于树脂表面和孔 隙中，并完全水解形成纳米氢氧化铝，过滤，水洗2~5次，于40~95°C干燥，得载铝树脂； 54. 按照铁盐占树脂5~30%的质量比，在氮气保护下，将S3的载铝树脂加入至新鲜配 制0· 5~I. 5M (优选0· 5M)的FeCl3 · 6H20溶液中，搅拌0· 5~2 h ; 55. 然后再于空气中搅拌0.5~2 h，树脂表面氢氧化铝纳米因配位作用及表面羟基化 效应可吸附固定Fe3+，于是Fe3+在载铝树脂表面均匀分布，进而水解、逐渐沉积形成纳米水 合氧化铁被固定；最后超纯水洗涤，过滤至滤液无色，40~95°C干燥，得到改性树脂（即载 有铁铝复合材料的树脂)。
[0009] 其中，优选地，步骤S2所述铝盐占树脂的质量比为10~15% ;步骤S4所述铁盐占 树脂的质量比为10~15%。
[0010] 优选地，步骤S2、S3、S4或S5所述搅拌速度为150~1000r/min。
[0011] 根据上述制备方法制备得到的载有铁铝复合材料的改性树脂也在本发明的保护 范围之内。
[0012] 上述载有铁铝复合材料的改性树脂在低浓度含砷水的除砷方面的应用，也在本发 明的保护范围之内。
[0013] 本发明所提供的载有铁铝复合材料的改性树脂应用于含砷水的除砷时，适宜的pH 值为5. 5~7. 5。一般饮用水、地下水等水环境的pH为6~8,砷常以HAsO42' AsO广形式 存在且浓度较低，因此对于一般的自然水体的砷处理，本发明材料可直接投入其中或者过 填充柱。而对于工业产生的低浓度含砷水需首先将含砷水的pH调节至5. 5~7. 5为宜。
[0014] 本发明的改性树脂同时负载了对砷吸附能力高的铁、铝材料，且二者产生了协同 效应，大大提高了改性树脂的除砷能力，所得改性树脂材料性能稳定，可反复使用。
[0015] 本发明具有以下有益效果： 本发明公开了一种除砷改性树脂及其制备方法，其技术方案要点是：（1)改性大孔树 脂浸渍于三氯化铝溶液中充分负载；（2)将其继续浸渍于三氯化铁溶液中充分负载。三氯 化铝的负载使后续铁的负载在树脂表面分布更加均匀，并且二者对砷的吸附产生协同效 应，对低浓度含砷水中砷的去除率高达99%以上，对低浓度含砷水中砷的去除效果非常显 著。经本发明改性树脂吸附后的水含砷浓度可降低至0. 〇〇lmg/L，低于0. 01mg/L，尤其适合 于饮用水除砷，经其处理后的出水砷即可达饮用标准。
[0016] 同样的，本发明的载有铁铝复合材料的改性树脂亦适合于处理其它工业或生活产 生的含低浓度砷的污水的处理，且出水砷低于50ppb，除砷效果好，适用范围广。
[0017] 另外，本发明在用于饮用水和其它低浓度含砷污水的处理时，既可用于静态吸附 也可作填充柱动态吸附，改性树脂材料呈固体颗粒状，易分离，可填置于过滤器中，使用形 式灵活。
[0018] 本发明的改性树脂材料的吸附能力稳定，使用周期长，易再生重复使用、效率高。
【具体实施方式】
[0019] 以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的 限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
[0020] 除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
[0021] 实施例1改性树脂的制备 1、制备方法包括以下步骤： 51. 将树脂于60°C干燥IOh ; 52. 按照铝盐占树脂13%的质量比，将Sl干燥后的树脂加入至新鲜配制的0. 5M的 AlCl3 · 6H20溶液中，在常温下真空600r/min搅拌Ih ; 53. 步骤S2真空搅拌后，在空气中600r/min搅拌lh，使三氯化铝充分吸附包裹于树脂 表面和孔隙中，并完全水解形成纳米氢氧化铝，过滤，水洗3次，于60°C干燥，得载铝树脂； 54. 按照铁盐占树脂13%的质量比，在氮气保护下，将S3的载铝树脂加入至新鲜配制的 0. 5M的FeCl3 · 6H20溶液中，在常温下600r/min搅拌2h ; 55. 然后再于空气中600r/min搅拌6h，树脂表面氢氧化铝纳米因配位作用及表面羟基 化效应可吸附固定Fe3+，于是Fe 3+在载铝树脂表面均匀分布，进而水解、逐渐沉积形成纳米 水合氧化铁被固