专利名称：一种以腐殖酸为添加剂的微波辐照活性炭固定重金属离子的方法
技术领域：
本发明涉及重金属污染控制技术领域，尤其涉及一种以腐殖酸为添加剂的微波辐照活性炭固定重金属的方法。
背景技术：
重金属污染广泛存在于工业废水中，印染、制革、冶金等的各个工艺流程排放的废水都含有高浓度的重金属离子。这些废水如果不经处理排放到环境中，就会严重污染河流、湖泊、土壤和地下水。重金属离子通过饮用水及在鱼、贝类和植物体内富集等途径进入人体，会对人体器官造成不可逆的损伤，严重影响人类的健康。目前对于工业废水中重金属离子的处理常用的方法包括吸附、混凝和离子交换等，但使用后的吸附剂、混凝剂和离子交换树脂等存在二次污染等问题，因此急需探索相应的技术对使用后的吸附剂、混凝剂和离子 交换树脂等进行处理，彻底解决工业废水带来的重金属污染问题。近年来，微波辐射由于其分子水平的加热能力可导致均匀和快速的热反应，引起了化学家的广泛关注。微波在家庭、工业和医药行业中有广泛的应用，在有机合成、产品脱水、无机材料制备、生物技术开发、环境样品分析以及食品灭菌等领域，都有关于微波应用的报道。微波在污染控制领域的应用也有报道，如微波辐照处理被用于多环芳烃污染土壤的修复，也被用于含重金属的污泥和包装废物的处理。由于活性炭是一种非常好的微波吸收材料，在微波作用下其温度可迅速升高，并且在高温下碳材料本身具有很好的还原作用，最近有学者将微波和活性炭联合应用于水中有机污染物的处理，但用于处理水中重金属离子的比较少见，尤其是用于对重金属离子的固定还未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种处理时间短、固定效果好的将腐殖酸作为添加剂的微波辐照活性炭固定重金属离子的方法。本发明所采用的技术方案如下本发明的以腐殖酸作为添加剂的微波辐照活性炭固定重金属离子的方法，是先用活性炭吸附水中的腐殖酸和重金属离子，然后将吸附饱和的活性炭经烘干后置于微波反应器中，用微波进行辐照。微波辐照过程活性炭迅速升温至较高温度，可同时实现对活性炭的再生和对重金属离子的还原、固定。腐殖酸一方面促进活性炭对重金属离子的吸附，另一方面也促进了微波辐照对活性炭上重金属离子的固定作用。微波处理后的活性炭反复用于对水中重金属离子和腐殖酸的吸附。活性炭多次使用并经微波处理后可通过安全填埋或高温焚烧的方式进行最终处置。本发明具有的有益效果是I.本发明对活性炭上吸附的重金属离子有很好的固定效果，明显降低其作为固体废物排放后重金属的生物有效性，从而降低或消除其潜在的生物毒性。
2.本发明利用微波辐照下活性炭迅速升温的特显，有效降低处理时间和能耗。3.微波辐照对活性炭具有很好的再生作用，再生后的活性炭可反复多次使用，再用于吸附重金属离子或其他污染物。
具体实施例方式本发明的以腐殖酸作为添加剂的微波辐照活性炭固定重金属离子的方法，其较佳的具体实施方式
是，包括吸附过程和重金属离子固定过程，在重金属离子固定过程过程中，对吸附饱和的活性炭烘干后进行微波辐照。微波辐照处理过程主要是对活性炭上吸附的重金属离子进行还原固定和对活性炭进行再生。在微波处理后采用标准的毒性测试程序(TCLP)评价微波辐照对重金属离子的固定作用，利用吸附等温线、碘吸附值和比表面积分析仪等方法评价微波辐照对活性炭的再生作用。
本发明中通常采用的煤质柱状颗粒活性炭直径约为O. 5 3. Omm,长度在I IOmm之间；原始溶液中腐殖酸浓度为O 20mg/L，重金属离子浓度一般小于100mg/L ;微波使用功率可根据需要灵活调节，微波辐照时间O 60min。本发明中所使用的活性炭可以是颗粒活性炭，也可以是粉术活性炭；活性炭材质可以是煤质的，也可以是其他材料制成的，如果壳、木材等。本发明所处理的重金属离子可以是Cu2+、Cd2+、Pb2+、Cr6+、Zn2+中的一种或多种。本发明中，微波谐振腔可以为单模腔或多模腔；微波发生器的功率范围从几百瓦到几十千瓦，根据所处理活性炭的量进行调节；所选用的微波频率为2450MHz或915MHz等，小型反应器可用2450MHz，大型反应器可用 915MHz ；反应器可以由石英玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯、聚苯乙烯等能够透过微波并能耐受一定温度的材料制成，从加工和操作方便、反应器各处接受同等微波辐射等角度考虑，确定反应器的形状为圆筒形；在反应器及微波发生器的外围设置屏蔽罩，并连接地线，防止微波能泄漏；微波处理过程中反应器内物料温度的测定可以采用铠装K-型热电偶和电子温度指示仪，也可以采用光纤温度传感器或红外测温仪。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。具体实施例以腐殖酸为添加剂的微波辐照活性炭固定模拟废水中的Cu2+ 用氯化铜晶体配置Cu2+储备液；用O. IM的NaOH溶液溶解化学纯的腐殖酸固体，用O. 45 μ m的滤膜过滤后得到腐殖酸储备液。具体步骤如下第一步吸附。用250mL的锥形瓶配制体积为IOOmU Cu2+和腐殖酸浓度分别为97. 6mg/L和8. 73mg/L的混合溶液，加入IOg煤质柱状活性炭，在25°C、IOOrpm的摇床上振荡24h，过滤。经检测溶液中99. 9%的Cu2+吸附到活性炭上。
第二步装料。选用石英玻璃材质的圆筒状反应器，内径4cm，高度37cm，将上述吸附了腐殖酸和Cu2+并经105°C烘干的活性炭装入反应器。第三步启动微波反应器。选用的微波功率为750W，辐照时间lOmin，反应过程中用铝箔纸封住反应器上口，防止压力过大导致爆炸，处理过程中产生的蒸汽通过冷凝系统、液体收集瓶，并经碱液(O. IN NaOH)与丙酮混合溶剂(I I, v/v)分两级吸收后排空。第四步固定效果检测。对微波辐照后的活性炭采用毒性浸出程序(TCLP)进行评价，原子吸收分光光度计测得浸出液中的Cu2+浓度为O. 9mg/L，计算得固定百分比为97. 5%。第五步采用新活性炭重复上述第一步至第三步操作三个循环，发现微波再生后的活性炭第三次用于吸附时仍可将溶液中99. 7%的Cu2+吸附到炭上；然后利用第四步对反复使用三次后的活性炭检验固定效果，测得浸出液中Cu2+的浓度为30. 9mg/L，依然低于固体废物安全填埋的Cu2+浸出标准(50mg/L)。
本发明中，由于微波是内加热，微波能直接作用于作为固定剂的活性炭上，处理时间短且固定效果好，减少二次污染；微波处理后的活性炭可再次使用，降低处理成本；微波频率及辐照时间、活性炭材质、反应器材料等有多种选择，便于针对不同的重金属离子选择合适的反应参数；微波加热便于控制，启动微波立即反应，关闭微波反应马上停止，无滞后效应。
权利要求
1.一种以腐殖酸为添加剂的微波辐照活性炭固定重金属离子的方法，包括活性炭吸附和微波辐照处理，其特征在于，先用活性炭吸附水中的重金属离子，吸附饱和的活性炭利用微波辐照进行处理。
2.根据权利要求I所述的以腐殖酸为添加剂的微波辐照活性炭固定重金属离子的方法，其特征在于，活性炭吸附前向水溶液中添加腐殖酸，促进活性炭对重金属离子的吸附作用以及后续微波辐照对活性炭上吸附的重金属离子的固定作用。
3.根据权利要求2所述的以腐殖酸为添加剂的微波辐照活性炭固定重金属离子的方法，其特征在于，所述的活性炭包括粉末活性炭和颗粒活性炭，活性炭的材质包括煤质、木材、果壳等各种材质。
4.根据权利要求1、2或3所述的以腐殖酸为添加剂的微波辐照活性炭固定重金属离子的方法，其特征在于，包括步骤 向待处理的含各种重金属离子的废水中添加一定量的腐殖酸，通过静态或动态的方式用活性炭吸附水中的重金属离子，吸附饱和的活性炭经烘干后利用微波辐照的方式进行处理，微波处理后的活性炭重复用于对水中重金属离子的吸附，对多次使用并经微波处理的活性炭采用标准程序进行重会属浸出测试，对于符合安全填埋要求的进行安全填埋，对于不符合安全填埋要求的作为危险废物以焚烧的方式进行最终处置。
5.根据权利要求4所述的以腐殖酸为添加剂的微波辐照活性炭固定重金属离子的方法，其特征在于，所述微波频率为2450MHz或915MHz。
6.根据权利要求4所述的以腐殖酸为添加剂的微波辐照活性炭固定重金属离子的方法，其特征在于，对吸附饱和活性炭进行微波辐照处理所用的反应器由石英玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯等能够透过微波并能耐受一定温度的材料制成。
7.根据权利要求4所述的以腐殖酸为添加剂的微波辐照活性炭固定重金属离子的方法，其特征在于，所处理的重金属离子包括以下一种或多种Cu2+、Cd2+、Pb2+、Cr6+、Zn2+
8.根据权利要求4所述的以腐殖酸为添加剂的微波辐照活性炭固定重金属离子的方法，其特征在于，所述前处理步骤包括 通过沉淀、气浮或过滤等方式去除悬浮物。
全文摘要
本发明公开了一种以腐殖酸为添加剂的微波辐照活性炭固定重金属离子的方法。水溶液中的重金属离子和腐殖酸先被同时吸附到活性炭上，然后用微波辐照吸附了重金属离子和腐殖酸的活性炭，作为微波吸收材料的活性炭在微波辐照作用下迅速升温，通过碳的还原作用将重金属离子还原并固定到活性炭及腐殖酸分子结构上，微波处理后的活性炭可反复多次使用。实例中用于固定Cu2+的活性炭用后可采取安全填埋的方式最终处置。本技术还可以处理含Cd2+、Cr6+、Zn2+、Pb2+等重金属离子的废水。该方法处理时间短，固定效果好，可实现对含重金属离子的工业废水的快速处理。
文档编号C02F1/28GK102874888SQ20111019480
公开日2013年1月16日 申请日期2011年7月13日 优先权日2011年7月13日
发明者刘希涛, 郑文娟, 高博, 孙可, 赵烨 申请人:北京师范大学, 中国水利水电科学研究院