一种利用磁场提高铁锰复合氧化物除砷效率的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水处理技术领域，涉及一种地下水和地表水的处理方法，具体涉及一种稳恒磁场提高铁锰复合氧化物除砷效率的方法。
技术背景
[0002]砷及砷化合物是世界卫生组织(WHO)下属的国际癌症研究所(IARC)、美国环境卫生科学研究院(NlEHS)、美国环保局(USEPA)等诸多权威机构所公认的致癌物。长期饮用高砷水，会引起黑脚病、神经痛、血管损伤以及增加心脏病发病，所以我国在2006年12月颁布的新的生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)中规定生活饮用水中砷的最高允许浓度为
10μ g/Lo
[0003]据调查，我国饮水中砷的浓度在30?49 yg/L范围内的饮用人口为902万人，水中砷浓度为50?99 μ g/L的饮用人口为334万人，而水中砷浓度超过100 μ g/L的饮用人口为229万人。新疆、内蒙古、陕西、贵州、吉林、宁夏、青海等省、自治区的一些城市都不同程度地存在着饮用水中砷超标的问题，而且已经在人群中引起了砷中毒的现象，中毒地区范围之大已经远远超过孟加拉国。故在中国发展高效、价廉的方法去除饮用水中的砷已经是亟待解决的问题。
[0004]吸附法除砷是目前国内比较成熟的除砷技术，其因具有使用简便、经济、可再生等特点而被广泛应用。铁氧化物因具有表面电荷尚、比表面积大等特点，对许多有机或无机污染物有较强的吸附能力，但研究发现铁氧化物对As(III)的去除效果远低于As(V)的效果，而锰氧化物具有较强氧化活性，将具有丰富活性吸附位的铁氧化物与具有较强氧化能力的锰氧化物进行复合，可获得能同时有效去除As(III)和As(V)的除砷材料。但如何进一步提高铁锰复合氧化物的活性，提高其对As(III)和As( V )的吸附速率和吸附容量，仍需进一步研究。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种利用磁场提高铁锰复合氧化物除砷效率的方法，以提高铁锰复合氧化物除砷性能，提高铁锰氧化物的反应活性、拓宽其使用的有效PH范围。
[0006]为实现上述目的，本发明提供的利用磁场提高铁锰复合氧化物除砷效率的方法，是在铁锰复合氧化物固定床周围施加磁场，含As(lll)/As( V )水通过该铁锰复合氧化物固定床得到净化；或
[0007]在含As (III)和As ( V )的水中加入铁锰复合氧化物，在完全混合反应器外部施加磁场，实现铁锰氧化物与As(III)和As( V )的快速反应从而使水得到净化。
[0008]所述的方法，其中，含As (III)和As ( V )水的pH值为3.5-9.0。
[0009]所述的方法，其中，磁场为低温超导磁场。
[0010]所述的方法，其中，磁场强度MOmT。
[0011]本发明与现有技术相比，具有如下优点:
[0012]稳恒磁场能够提高铁锰氧化物的反应活性，在稳恒磁场作用下，MnO2分子的外层未成对电子的自旋方式会发生改变，导致体系的熵发生改变，降低反应活化能，提高了 MnO2被还原的速度，利用稳恒磁场能够促进铁锰氧化物的还原，当用铁锰氧化物处理As (III)/As(V)溶液时，就促使砷污染水体中的As(III)被快速氧化成As( V )进而被吸附去除，对水体中的As(III)和As( V )的同时去除达到很好的效果。另外，在外加稳恒磁场的作用下，铁锰复合氧化物用于除砷的有效PH范围也得以拓宽。
[0013]I)本发明与现行的铁锰复合氧化物除砷技术相比，吸附容量高，能同时快速去除水中的三价和五价砷，反应速率明显提高，同时，使用的PH范围更广。
[0014]2)本发明与现行其他强化铁锰复合氧化物除砷的方法相比，减少了吸附剂的投加量，而且所用材料价格低廉、反应过程更易控制，且反应后无二次污染；
[0015]3)本发明对现有的除砷的铁锰复合氧化物固定床或完全混合式反应器进行改造比较简便，仅需利用超导磁铁在铁锰复合氧化物固定床周围或内部创造磁场即可实现对砷去除率的提高。采用低温超导磁场的优势:磁场强度可变范围大，可根据实际需要调整磁场强度；超导磁场可利用空间大，可用于施加于大型铁锰复合氧化物固定床或完全混合式反应器；低温超导磁场一旦低温启动运行，产生磁场的电线圈即在超导状态下运行，电阻为零，所以能耗为零，利用低温超导磁场强化铁锰复合氧化物除砷所需额外运行成本低。
【具体实施方式】
[0016]本发明提供的利用磁场提高铁锰复合氧化物除砷效率的方法，通过施加磁场，促使MnO2分子的外层未成对电子的自旋方式会发生改变，导致体系的熵发生改变，降低反应活化能，提高了胞02被还原的速度。促使砷污染水体中的As (III)被铁锰复合氧化物快速氧化成As( V )进而被吸附去除，对水体中的As(III)和As( V )的同时去除能达到很好的效果。可用于地下水和地表水中As (III)和As ( V )的去除。
[0017]本发明包括以下两种形式:
[0018]I)固定床形式:在铁锰复合氧化物固定床周围施加低温超导磁场强化，含As (III)/As ( V )水通过该铁锰复合氧化物固定床得到净化；
[0019]2)完全混合反应器形式:在含As (III)和As( V )的水中加入一定量的铁锰复合氧化物，采用完全混合反应器外部施加低温超导磁场强化，实现铁锰氧化物和As(III)/As(V)的快速反应从而使水得到净化。
[0020]本发明的优选条件是:
[0021]含As (III)和As ( V )水的pH值为3.5-9.0，铁猛复合氧化物为公知的利用沉淀法制备的铁锰复合氧化物，磁场为低温超导磁场，磁场强度MOmT。
[0022]在固定床形式中，含As (III)和As( V )水在铁锰复合氧化物固定床中的停留时间为0.5-4.0h;在完全混合反应器形式中，含As(III)和As(V)水与铁锰复合氧化物的反应时间为0.25-4.0h。
[0023]实施例一
[0024]本实施例是在150ml的锥形瓶中进行静态吸附实验，同时在其周围施加磁场，磁场强度为80mT，含砷溶液总体积为50ml，As3+和As 5+初始浓度均为2.5mg/L，铁锰复合氧化物的投加量为11.2mg/L ο无磁场时，其对As3+和As5+饱和吸附容量分别为227mg/g和312mg/g，而有磁场时，饱和吸附容量分别为268mg/g和359mg/g。在有磁场的条件下反应速率提高17%.
[0025]实施例二
[0026]本实施例是在150ml的锥形瓶中进行静态吸附实验，同时在其周围施加磁场，磁场强度为200mT，含砷溶液总体积为50ml，As3+和As 5+初始浓度均为2.5mg/L，铁锰复合氧化物的投加量为11.2mg/L0无磁场时，其对As3+和As 5+饱和吸附容量分别为227mg/g和312mg/g，而有磁场时，饱和吸附容量分别为282mg/g和370mg/g。在有磁场的条件下反应速率提高19%。
【主权项】
1.一种利用磁场提高铁锰复合氧化物除砷效率的方法，在铁锰复合氧化物固定床周围施加磁场，含As (III)和As ( V )水通过该铁锰复合氧化物固定床得到净化；或 在含As(III)和As( V )的水中加入铁锰复合氧化物，在完全混合反应器外部施加磁场，实现铁锰氧化物与As (III)和As ( V )的反应从而使水得到净化。2.根据权利要求1所述的方法，其中，含As(III)和As ( V )水的pH值为3.5-9.0。3.根据权利要求1所述的方法，其中，磁场为低温超导磁场。4.根据权利要求1或3所述的方法，其中，磁场强度>40mT。
【专利摘要】一种利用磁场提高铁锰复合氧化物除砷效率的方法，在铁锰复合氧化物固定床周围施加磁场，含As(Ⅲ)和As(Ⅴ)水通过该铁锰复合氧化物固定床得到净化；或在含As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的水中加入铁锰复合氧化物，在完全混合反应器外部施加磁场，实现铁锰氧化物与As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的快速反应从而使水得到净化。本发明提高了MnO2被还原的速度。利用稳恒磁场能够促进铁锰氧化物的还原，促使砷污染水体中的As(Ⅲ)被快速氧化成As(Ⅴ)进而被吸附去除。本发明利用磁场提高铁锰复合氧化物对水体中砷的去除效率，该方法可用于去除地下水、地表水等各类水体中砷污染物。
【IPC分类】C02F1/72, C02F1/48, C02F1/28, C02F101/20
【公开号】CN105036262
【申请号】CN201510381427
【发明人】席北斗, 谷云东, 龚斌, 赵颖, 刘文芳, 高如泰, 李 瑞, 李晓光, 杨天学, 李曹乐, 郝艳, 王丽君, 彭星
【申请人】华北电力大学, 中国环境科学研究院
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年7月2日