去除水中微量砷的吸附剂制备及其除砷性能研究

随着现代工农业生产、冶金行业、化工产业的迅速发展,以及含砷制品广泛利用,砷对环境的污染日趋严重。在世界上许多地区普遍存在着地下饮用水中As(Ⅲ)含量超标的现象,关于饮用被砷污染的水而导致中毒的事件时有报道,人们对砷污染严重性也有了进一步认识。我国2007年7月1日起在全国范围实施的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中也将砷的浓度从0.05mg/L降低到0.01mg/L。
　　目前含砷水的处理方法有沉淀法、离子交换法、氧化法、生物法等,但是这些方法对于低浓度含As(Ⅲ)水的处理都存在缺陷。基于废弃生物材料廉价易得、吸附容量大,不易产生二次污染等特性,选定啤酒麦糟作为制备吸附剂的原料,借助MaterialsStudio5.5软件的DMol3模块对各基团与砷的配合能力进行理论计算分析,计算相应的前线轨道能量,为吸附剂的制备提供依据。
　　本论文采用PAM改性麦糟及甲醇改性麦糟吸附As(Ⅲ),突破传统处理工艺过程需将As(Ⅲ)氧化成As(Ⅴ)再进行处理的技术瓶颈。PAM改性麦糟吸附砷的最佳麦糟用量为3g/L,最佳pH为5,反应时间在2h可以达到吸附平衡。在最佳反应条件下可以使含砷水中的砷达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中0.01mg/L的标准。
　　考察水体中具有代表性的阴阳离子共存时对改性麦糟吸附砷的影响。结果表明:Cd2+和Fe3+的加入可以促进改性麦糟对As(Ⅲ)的吸附。而F-、NO3-、SO42-、PO43-等阴离子的存在对PAM改性麦糟吸附As(Ⅲ)均有抑制作用。同时处理赣州市某一级水源,证实PAM改性麦糟是一种比较经济有效的除砷剂。
　　改性麦糟对As(Ⅲ)的吸附动力学研究表明,其与二级吸附动力学方程较吻合;该吸附过程符合Freundlich吸附等温方程,且其n值均在10以内,说明吸附反应是较易发生的;焓变△H值为负说明该吸附过程是放热反应,且吉布斯自由能△G均为负值,说明吸附反应均能自发进行。
　　对吸附砷后的麦糟进行解吸实验和毒性浸出实验,结果发现碱性溶液的解吸效果优于酸性溶液;依据毒性浸出实验的结果,本实验的麦糟可以直接填埋处置。
　　实验结果表明,PAM改性麦糟对As(Ⅲ)的去除率高于甲醇改性麦糟,这也与砷和各基团配合的前线轨道能量计算结果相符合,即酰胺基与砷的结合能力优于羟基与砷的结合能力。通过红外光谱分析得出PAM改性后的麦糟中酰胺基的活性增大了;电镜扫描结果也显示经过PAM改性的麦糟比未改性的麦糟孔隙变大了;而能谱分析发现,与未改性麦糟相比,吸附砷后的PAM改性麦糟出现了砷峰。