一种无机砷分离方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及环境分析领域。
技术背景
[0002]砷是一种常见的环境污染物，来源主要为地质原因、工业废弃物排放。目前研究表明:全球局部地区的地下水中砷污染较严重，砷普遍存在于地下水中，并且可通过饮用水，食物被人体摄入。长期砷摄入可引起神经系统、消化系统、呼吸系统、皮肤病变。在我国山西、内蒙古、新疆、贵州等地的地下水中砷污染较严重。国家标准委和卫生部联合发布的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中明确规定了饮用水中砷的浓度应小于0.0lmg L'
[0003]砷的主要存在形态有As(III)、As(V)、单甲基砷酸(MMAA)和二甲基砷酸(DMAA)。不同形态砷的毒性顺序为:As (III) >As (V) >MMAA>DMAA,并且无机砷的毒性远大于有机砷。地下水中的砷主要以无机态As (III)和As (V)存在，As (III)易于被氧化为As (V)。由于砷的毒性取决于砷的形态，对地下水样品中As (III)和As (V)形态的精准分析对于后期的科学研究具有重要意义。为了对地下水中As (III)和As (V)进行准确定量，需要对地下水样品进行现场前处理。常见方法有两种:1)通过现场向样品中加入抗坏血酸、HC1、EDTA等阻止氧化和铁离子沉淀的现象发生，再将样品带回实验室进行测定。此方法有效时间短、容易受不同水质影响，难以高效维持水中As (III)和As (V)的原比例；2)用离子交换树脂，截留As (V)，此方法由于造价高、操作不便不能大规模应用。因此，开发一种造价低，高效，便于现场使用的砷分离方法对环境领域具有实际意义。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的缺陷，本申请的发明人进行了反复的深入研究，从而完成本发明。本发明的目的在于提供一种无机砷快速、高效的分离方法。
[0005]根据一个具体的实施方式，该方法包括下述步骤:首先将巯基硅烷负载到石英砂上制备成分离材料，然后将该分离材料制作成分离滤柱，使用该分离滤柱分离地下水样品中的三价砷和五价砷。
[0006]根据一个具体的实施方式，所述分离材料的制备方式如下:将乙醇与巯基硅烷避光条件下混合，N2吹脱，加入石英砂密封，超声后真空干燥。
[0007]根据一个具体的实施方式，所述分离材料的制备方式如下:3.0mL95v%乙醇与25mL3-巯丙基三甲氧基硅烷在塑料瓶中避光条件下混合，N2吹脱30min，加入80g石英砂密封，超声3.0h，75°C条件下真空干燥1.5h。
[0008]根据一个具体的实施方式，所述分离滤柱的制备方式如下:将分离材料装填到底部用丝棉堵塞的注射器中，制成分离滤柱。
[0009]根据一个具体的实施方式，所述分离滤柱的制备方式如下:将8.0g分离材料装填到底部用丝棉堵塞的1mL注射器中，制成分离滤柱。
[0010]根据一个具体的实施方式，所述分离方式如下:将地下水样品过滤后，采用重力流的方式流过分离滤柱。
[0011]根据一个具体的实施方式，该方法对三价砷的最大吸附量为1.6mg g_S方法适用温度范围为10-90°C，适用pH范围为4-11。
[0012]本发明涉及一种无机砷分离方法，该方法以石英砂(S12)作为载体，用物理方法将3-巯丙基三甲氧基娃烧((3-Mercaptopropyl) trimethoxysilane,简称MPTS)负载到沙子上，制作小柱，用于地下水中As (III)和As (V)的分离。
[0013]本发明的方法可以选择性吸附地下水中As (III)，从而实现As (III)截留，达到As (III)和As (V)完全分离的效果。
【附图说明】
[0014]附图1为本发明所用载体-石英砂的筛分曲线，它提供了负载所用石英砂的级配以及平均粒径信息。
[0015]附图2为本发明制备的巯基负载前后石英砂样品以及MPTS纯品红外谱图，结果表明MPTS纯品谱图上巯基的伸缩振动在2560CHT1，C-H键振动在2840-2940CHT1。从图中可以看出负载后的石英砂样品出现了巯基和C-H键的振动。说明巯基成功的负载于石英砂表面。
[0016]附图3为本发明制备的分离材料在自来水基质中对As (III)的吸附等温线，数据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]附图4为本发明制备的分离材料对自来水基质中As (V)溶液的最大吸附量。数据表明此材料对As (V)不吸附。
[0018]附图5是不同pH对本发明制备的分离材料的分离效果影响。结果表明pH在4-11区间内，均能实现As (III)和As (V)完全分离。
[0019]附图6是不同温度条件对本发明制备的分离材料的分离效果影响。结果表明在10-90°C区间内，均能实现As (III)和As (V)完全分离。
[0020]附图7是分离材料对As (III)吸附效率随MPTMS负载量的变化曲线，从图中可以看出，MPTS负载量为3mL时，可以对40mg Γ1的As (III)达到98%以上的吸附。
[0021]附图8是本发明制备的分离材料对20个地下水环境样品的分离效果图，数据表明，本发明的方法对实际地下水样品中的As (III)与As (V)可以达到100%的分离效果。
[0022]附图9是本发明制备的分离材料在真空包装条件下，As (III)吸附率随保存时间的变化。分离材料在30天内具有稳定的As (III)吸附率，这一结果表明吸附材料具有良好的稳定性，便于储存，可用于含砷地下水样品现场分离。
【具体实施方式】
[0023]下面进一步通过实施例来阐述本发明。
[0024]实施例1
[0025]巯基负载石英砂的过程:取3.0mL MPTS与25mL乙醇(95%)在避光的塑料瓶中充分混合，用N2吹脱30min后向混合溶液中加入预先用超纯水洗干净烘干的石英砂80g，密闭后超声3h。接着将混合物转移到培养皿中在75°C条件下避光真空干燥1.5h。
[0026]实际地下水As (III)和As (V)的分离:将8.0g负载巯基的石英砂装填到底部用丝棉堵塞的注射器中，制成滤柱。取实际地下水样品5mL，0.22 μ m水系滤头过滤后，采用重力流的方式流过巯基负载石英砂制备的滤柱。滤后溶液用0.22 μ m水系滤头过滤，用HPLC-AFS测定样品中As (III)和As (V)各自含量。
【主权项】
1.一种无机砷快速、高效的分离方法，该方法包括下述步骤:首先将巯基硅烷负载到石英砂上制备成分离材料，然后将该分离材料制作成分离滤柱，使用该分离滤柱分离地下水样品中的三价砷和五价砷。2.如权利要求1所述的一种无机砷分离方法，所述分离材料的制备方式如下:将乙醇与巯基硅烷避光条件下混合，N2吹脱，加入石英砂密封，超声后真空干燥。3.如权利要求2所述的一种无机砷分离方法，所述分离材料的制备方式如下:3.0mL95v%乙醇与25mL3_巯丙基三甲氧基硅烷在塑料瓶中避光条件下混合,N2吹脱30min，加入80g石英砂密封，超声3.0h, 75°C条件下真空干燥1.5h。4.如权利要求1所述的一种无机砷分离方法，所述分离滤柱的制备方式如下:将分离材料装填到底部用丝棉堵塞的注射器中，制成分离滤柱。5.如权利要求4所述的一种无机砷分离方法，所述分离滤柱的制备方式如下:将8.0g分离材料装填到底部用丝棉堵塞的1mL注射器中，制成分离滤柱。6.如权利要求1所述的一种无机砷分离方法，所述分离方式如下:将地下水样品过滤后，采用重力流的方式流过分离滤柱。7.如权利要求1所述的一种无机砷分离方法，该方法对三价砷的最大吸附量为1.6mgg_\方法适用温度范围为10-90°C，适用pH范围为4-11。
【专利摘要】本发明涉及一种无机砷分离方法。本方法分离材料以石英砂为载体，其上负载了三甲氧基硅烷（MPTS）。实验表明本发明对实际地下水中As（III）和As（V）可实现快速分离。本发明分离材料制备简单造价低，分离性能稳定，分离方法pH和温度适用范围宽，操作简便高效。
【IPC分类】G01N1/28, B01D15/10
【公开号】CN104922933
【申请号】CN201410102428
【发明人】景传勇
【申请人】中国科学院生态环境研究中心
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2014年3月19日