一种去除废水中重金属的净水剂及制备方法
【专利摘要】一种去除废水中重金属的净水剂及制备方法，方法如下：步骤一：干燥粉碎：将玉米秸秆风干，然后粉碎；步骤二：高温活化：300?350℃高温厌氧3?5小时；步骤三：酸化：玉米秸秆与质量浓度10%盐酸，按重量比1:25比例混合，浸泡24小时后分离出秸秆，反复用去离子水洗涤直至无氯离子，60℃烘干；步骤四：表面活化：将处理后秸秆与碳酸氢铵溶液按重量比1:10比例混合，不断搅拌，稳定24小时；步骤五：再高温活化：300?350℃高温厌氧1?2小时，即完成。按如上方法制备的一种去除废水中重金属的净水剂。本发明的制备方法工艺简单，降低了生产成本，可有效去除水中重金属离子，还可以处理有机污染物及放射性废水。
【专利说明】
一种去除废水中重金属的净水剂及制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种去除废水中重金属的净水剂及制备方法。
【背景技术】
[0002]重金属污染是一种蓄积性的慢性污染，是目前水体污染中最危险的潜在危害，由于具有持久性、生物富集和放大作用而一直受国内外环境学家的关注。重金属种类不同，在溶液中存在的形态各异，因而处理方法也不一样。目前已开发应用的废水处理方法主要有化学法、物理化学法和生物法。
[0003]1.化学法，化学法包括中和沉淀、硫化物沉淀、铁氧体共沉淀法、氧化还原法和电化学还原法等。中和沉淀法是，在重金属废水中加入适量碱，进行中和反应，重金属转化为氧氧化物沉淀物形式加以分离。对于不含配合物的电镀液，用碱石灰(CaO)、消石灰(Ca(0H)2)、白云石(CaMg(CO3)2)等石灰类中和剂，就可以达到令人满意的效果，这种方法具有简单、安全、成本低、沉淀脱水性能好的优点。但是中和沉淀后，废水的PH值升高，需要中和处理后方能排放;废水中常常有多种重金属共存，当废水中含有Zn、Pb、Sb、Al等两性金属时，若PH值偏高，这些金属有再溶解倾向；废水中有些阴离子，如氯、氰根、腐殖质等，有可能与重金属形成配合物，因此在中和之前需经过预处理;有些颗粒小、不易沉淀，则需加入絮凝剂辅助沉淀生成。.硫化物沉淀法，除了中和沉淀法外，无机硫沉淀法是另一类应用最广泛的传统沉淀法。与前者相比，硫化物沉淀法的优点是:大多数重金属硫化物溶解度比其氢氧化物的溶解度更低，而且反应的PH值在7-9之间，处理后的废水不用中和。但是，硫化物沉淀在形成过程中容易形成胶体，给分离带来困难，不仅沉淀物分离需要合适的PH条件，而且硫化钠、硫化氧钠等无机硫化物与HCl，H2S04，FeCl3，AL2(SO4)3等酸性物质接触时，会产生大量的硫化氢气体，在技术安全方面要求相当严格。铁氧体共沉淀法，向含重金属废水中投加铁盐，如FeSO4,通过工艺控制，达到有利于形成铁氧体的条件，使废水中的多种重金属离子与铁盐生成稳定的铁氧体共沉淀，再通过适当的固液分离手段，达到去除重金属离子的目的。该法的优点是能一次脱除多种重金属离子，形成的沉淀颗粒大，容易分离，颗粒不会再溶，不会产生二次污染，设备简单，操作方便。但这种方法在操作过程中需要加热到70°C左右或更高温度，能耗高。氧化还原法，利用重金属的多种价态，在废水中加入一定的氧化剂或还原剂，使重金属获得人们所需价态的方法。常用的氧化剂有液氣、空气、臭氧等;常用的还原剂有铁肩、铜肩、亚硫酸氧钠等。在实际操作过程中，应该考虑选择价格便宜，易于取得的适当的氧化剂或还原剂，使生成物低毒或无毒，避免二次污染;反应PH值不宜过高或过低。目前化学氧化还原法一般用作废水的预处理。电化学还原法，电化学还原法是溶液与电源的正负极接触并发生氧化还原反应的方法。当对重金属废水进行电解时，废水中的重金属离子在阴极得到电子而被还原。这些重金属或沉积在电极表面或沉淀到反应槽底部，从而降低废水中重金属含量。但这种方法消耗能量大，适合于处理重金属浓度较高的废水。
[0004]2.物理化学法:主要包括膜分离法、离子交换法、吸附法等。膜分离法，膜分离法釆用一种特殊半透膜，在外界压力的作用下，在不改变溶液中离子化学形态的基础上，将溶剂和溶质进行分离或浓缩，主要包括反渗透、超滤、电渗析、液膜等。该方法的主要问题是膜组件昂贵，且在使用过程中膜容易受到污染而导致通量下降，影响去除效果。溶剂萃取法，利用重金属离子在有机相和水中溶解度不同，使重金属浓缩于有机相的分离方法。有机相也称萃取剂，常见的有磷酸三丁酯，三辛基氧化磷，二甲庚基乙酰胺，三辛胺，伯胺，油酸和亚油酸等。萃取法处理电镀废水设备简单，操作简便，萃取剂中重金属离子含量高，有利于进一步回收利用。但萃取剂价格昂贵，且萃取剂在萃取过程中容易流失和再生过程中能源消耗大，使这种方法存在一定局限性，应用受到很大的限制。离子交换法是重金属离子与交换树脂上同种电性的离子发生离子交换反应，然后再进行树脂的解吸去除重金屈。树脂的性能对重金属去除效果有较大影响，常见的离子交换树脂有阳离子交换树脂、阴离子交换树月旨、鳌合树脂等。树脂饱和后，用合适的洗脱剂回收重金属。相对于前两种树脂，螯合树脂去除重金属的效果更好，拓宽了阴阳交换树脂的应用范围，近年来已在电镀废水离子交换法治理工艺革新方面做出了贡献。
[0005]离子交换树脂法是处理重金属污染废水的一种重要方法，具有处理容量大出水水质好、可回收重金属的优点。但是树脂易受污染、容易氧化失效，回收重金属和树脂的再生费用高。尤其是用离子交换法处理高浓度废水时，操作麻烦，成本高、残留重金属离子浓度不稳定，所以该方法常用来处理低浓度废水。吸附法是应用多孔吸附材料处理废水中重金属的方法。传统吸附剂是活性炭，一般都制成粉末状或颗粒状。活性炭对于液相中溶液的吸附主要靠表面发达的孔隙结构，吸附过程基本上属于物理吸附。粉末状的活性炭吸附能力强，制备容易，价格较低，但再生困难，一般不能重复使用。颗粒状的活性炭价格较贵，但可再生后重复使用，并且使用时的劳动条件较好，操作管理方便，因此在水处理中较多采用颗粒状活性炭。但活性炭的供应较紧张，再生设备较少，再生费用较贵，限制了活性炭的广泛使用。
[0006]近年来，逐渐研发出多种吸附材料，有四凸棒、浮石、螯合树脂、麦饭石、蛇纹石、大洋多结核矿、硅藻土等目前，有些已经应用到工业生产中，如大洋多结核矿吸附，它比表面积大，结构多孔，吸附废水中重金属离子效果好，不仅吸附容量大、速度快、效率高(最高去除率可达99%以上)，而且操作简单，可以循环使用。
[0007]2.生物法:生物法是借助微生物或植物的絮凝、吸收、积累、富集等作用去除废水中重金属的方法，包括生物絮凝、植物整治、生物吸附等。生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的代谢物进行絮凝沉淀的一种除污方法。微生物絮凝剂是由微生物自身产生的、具有高效絮凝作用的天然高分子物质，它的主要成分是糖蛋白、纤维素、蛋白质和核酸等。用生物絮凝法处理废水安全方便无毒、不产生二次污染、絮凝范围广、絮凝活性高、生长快、絮凝作用条件粗放(大多不受离子强度、PH及温度的影响)，易于实现工业化。此外，微生物可以通过遗传工程，驯化或构造出具有特殊功能的菌株，因而微生物絮凝法具有广阔的应用前景。植物整治法利用利用金属积累植物或超积累植物处理重金属，主要有三个作用:一是从废水中吸取、沉淀或富集有毒金属;二是降低金属活性，从而可减少重金属被淋滤到地下或通过空气载体扩散，三是将土壤中或水中的重金属萃取出来，富集并搬运到植物根部可收割部分和植物地上枝条部分通过收获或移去已积累和富集了重金属的植物的枝条，降低土壤或水体中的重金属浓度，达到治理污染、修复环境的目的。用植物处理污水的优点是成本低，不产生二次污染，可以定向栽培，在治污的同时，还可以美化环境，获得一定的经济效益。尽管植物整治法也有一定的局限性，但有显著的优点，具有广阔的前景。生物吸附法通常将利用生物(活的、非活性及其衍生物)分离水体系中金属离子，非金属化合物和固体颗粒的过程定义为“生物吸附”。自提出用生物吸附法(活性污泥)去除废水中的PU239后，国内外研究者围绕生物吸附法进行了广泛而深入的研究。生物吸附法作为一种新兴的重金属废水处理技术，应用于环境治理方面。由于其具有原料来源广泛、品种多、成本低、在低浓度下处理效果好、吸附容量大、吸附速度快、选择性好、吸附设备简单、易操作等特点，在去除水中重金属方面有广阔的应用前景。
【发明内容】
[0008]基于以上不足之处本发明提供一种去除废水中重金属的净水剂及制备方法，可有效去除水中重金属离子，还可以处理有机污染物及放射性废水。
[0009]本发明所采用的技术如下:一种去除废水中重金属的净水剂的制备方法，如下: 步骤一:干燥粉碎:将玉米秸杆风干，水分含量小于10%，然后粉碎至20目；
步骤二:高温活化:300-350 °C高温厌氧3-5小时；
步骤三:酸化:玉米秸杆与质量浓度10%盐酸，按重量比1: 25比例混合，浸泡24小时后分离出秸杆，反复用去离子水洗涤直至无氯离子，60°C烘干；
步骤四:表面活化:将处理后秸杆与碳酸氢铵溶液按重量比1:10比例混合，碳酸氢铵溶液浓度为lmol/L，不断搅拌，稳定24小时；
步骤五:再高温活化:300-350 °C高温厌氧1-2小时，即完成。
[0010]本发明还具有如下技术特征:按如上所述的方法制备的一种去除废水中重金属的净水剂。
[0011]本发明的有益效果:
本发明的制备方法工艺简单，降低了生产成本，可有效去除水中重金属离子，还可以处理有机污染物及放射性废水，甚至可以用来从废水中回收贵重金属，应用表明，每立方米废水加入该净水剂30-50千克，可有效去除Zn2+、Pb2+、Cu2+、Cd2+、Hg2+、Cr6+等重金属离子，一次去除率达到80%以上。
【具体实施方式】
[0012]实施例1
原料:玉米秸杆，质量分数10%盐酸，浓度为lmol/L碳酸氢铵溶液。
[0013]步骤一:干燥粉碎:将玉米秸杆风干，水分含量小于10%，然后粉碎至20目；
步骤二:高温活化:300 °C高温厌氧5小时；
步骤三:酸化:玉米秸杆与质量浓度10%盐酸，按重量比1: 25比例混合，浸泡24小时后分离出秸杆，反复用去离子水洗涤直至无氯离子，60°C烘干；
步骤四:表面活化:将处理后秸杆与碳酸氢铵溶液按重量比1:10比例混合，碳酸氢铵溶液浓度为lmol/L，不断搅拌，稳定24小时；
步骤五:再高温活化:300 °C高温厌氧2小时，即完成。
[0014]实施例2
原料:玉米秸杆，质量分数10%盐酸，浓度为lmol/L碳酸氢铵溶液。
[0015]步骤一:干燥粉碎:将玉米秸杆风干，水分含量小于10%，然后粉碎至20目；
步骤二:高温活化:350°C高温厌氧3小时；
步骤三:酸化:玉米秸杆与质量浓度10%盐酸，按重量比1: 25比例混合，浸泡24小时后分离出秸杆，反复用去离子水洗涤直至无氯离子，60°C烘干；
步骤四:表面活化:将处理后秸杆与碳酸氢铵溶液按重量比1:10比例混合，碳酸氢铵溶液浓度为lmol/L，不断搅拌，稳定24小时；
步骤五:再高温活化:350°C高温厌氧I小时，即完成。
[0016]本发明通过对玉米秸杆高温改性、酸化、表面活化、再高温改性等工艺，制备出一种去除废水中重金属的净水剂。对于废水中重金属去除有明显效果，同时有利于重金属回收，防治二次污染。
【主权项】
1.一种去除废水中重金属的净水剂的制备方法，其特征在于，步骤如下: 步骤一:干燥粉碎:将玉米秸杆风干，水分含量小于10%，然后粉碎至20目； 步骤二:高温活化:300-350 0C高温厌氧3-5小时； 步骤三:酸化:玉米秸杆与质量浓度10%盐酸，按重量比1: 25比例混合，浸泡24小时后分离出秸杆，反复用去离子水洗涤直至无氯离子，60°C烘干； 步骤四:表面活化:将处理后秸杆与碳酸氢铵溶液按重量比1:10比例混合，碳酸氢铵溶液浓度为lmol/L，不断搅拌，稳定24小时； 步骤五:再高温活化:300-350 0C高温厌氧1-2小时，即完成。2.根据权利要求1所述的方法制备的一种去除废水中重金属的净水剂。
【文档编号】C02F1/00GK105858739SQ201610249572
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月21日
【发明人】马献发, 田志会, 陈乐 , 李伟彤, 凌超, 徐嘉萍, 孟庆峰
【申请人】东北农业大学