专利名称：一种脱除水体中硫酸根离子的吸附剂及其制备和应用的制作方法
技术领域：
本发明属于吸附剂及其水处理技术领域，具体涉及一种脱除水体中硫酸根离子的吸附剂及其制备和应用方法，适用于冶炼、矿山、制药等过程中酸性工业废水的硫酸根离子脱除。
背景技术：
高浓度硫酸盐废水主要来源于冶炼、矿山、制药等行业。虽然硫酸盐本身无毒，但这些废水不经处理直接排入水体，会产生一系列危害，如(1)水中高浓度的硫酸根会导致自然界硫循环的紊乱，且当水体中硫酸根离子浓度超过600mg · L-1时可致人腹泻。(2)过量的硫酸根离子排入水体中可使土壤板结无法农用。( 硫酸根离子对工业生产有较大影响，如在氯碱生产中当硫酸根离子浓度超过5g · L—1时可阻碍氯离子放电，导致氯气纯度降低，电流效率下降，增加生产能耗。(4)加快设备管道的腐蚀，缩短设备管道的使用寿命，降低生产效率。随着国家环境污染形势的日益严峻，废水中硫酸根离子的脱除越来越引起人们的关注。目前，脱除硫酸根的方法有化学沉淀、反渗透、冷冻法等，这些方法由于操作成本高，或易于导致二次污染，其应用受到限制。如化学沉淀法主要通过在废水中加入BaCl2、 CaCl2,生成不溶性硫酸盐达到脱除硫酸根离子的目的。该法成本低、操作简单、处理效果好，但此法存在原料毒性强、贮存条件要求高等不足，限制了其应用。反渗透法可高效脱除水体中硫酸根离子，但其投资、运行成本过高，一般工矿企业难以承受。近年来，吸附法由于操作简单、运行成本低，越来越得到人们的关注。吸附法应用的核心是吸附剂的研发。吸附剂的关键要求是吸附剂的吸附容量大， 来源方便，价格低廉，易于再生使用。据此，国内外学者相继开发了如针铁矿、粉煤灰、活性炭、Y-Al2O3等硫酸根吸附剂。但这些吸附剂仍然存在较多的不足，如制备工艺复杂，成本较高，或吸附性能欠佳，对硫酸根吸附量一般仅在5 50mg · g—1。可见，目前用于废水中硫酸根离子吸附脱除的吸附剂仍然存在较大的不足，开发一类具有高吸附容量，操作简便，以及易于解吸的新型硫酸根吸附材料是非常重要的。
发明内容
本发明的目的，首先是提供一种对硫酸根离子具有快速高效吸附性能的聚间苯二胺吸附剂及其制备方法，其合成过程简单，成本低，硫酸根吸附容量大，可高效解吸循环使用；其次是提供应用聚间苯二胺吸附剂处理含硫酸根废水的处理及解吸方法，该方法操作简单，时间短，使用方便。本发明的目的是通过以下方式实现的。一种脱除水体中硫酸根离子的吸附剂的制备方法在间苯二胺水溶液中，加入氧化剂过硫酸铵，室温(15 40°C )下搅拌反应，过滤、洗涤，烘干即得聚间苯二胺吸附剂。所述的间苯二胺水溶液的质量百分比的5 20%，氧化剂与间苯二胺的摩尔比为1 0. 5 2。所述反应时间为5 24h。所述的吸附剂用于吸附脱除水体中硫酸根离子。具体是取聚间苯二胺吸附剂加入到含硫酸根离子水溶液，室温下搅拌反应1 60min后，过滤。硫酸根离子溶液的初始pH值为1. 0 10，溶液中硫酸根离子的初始浓度为500 IOOOOmg ·厂1 ；聚间苯二胺按照聚间苯二胺质量与硫酸根离子溶液体积比为3 35g · L-1 加入；吸附后的聚间苯二胺的可解吸并循环使用用体积比1 1的氨水洗涤吸附后的聚间苯二胺，解析时间为5min，再用蒸馏水洗至滤液呈中性。本发明的有益效果(1)本发明提供的聚间苯二胺吸附剂合成过程工艺简单，间苯二胺是染料、涂料等工业领域的常规原料，反应常温操作，没有苛刻的生产条件要求，不需要特殊的后处理手段，成本低。(2)聚间苯二胺吸附剂可高效吸附水体中硫酸根离子，吸附剂的吸附容量高于现有的绝大部分的硫酸根吸附剂，最高可达到107mg · g—1。吸附时间短，在IOmin左右即能到
达平衡。(3)解吸效率高。吸附后的聚间苯二胺用氨水在5min内可实现再生，再生率高，循环吸附数次后聚间苯二胺吸附硫酸根离子的性能基本不衰减，五次循环吸附后累积吸附容量达488mg · 可实现多次循环吸附。
具体实施例方式以下以具体的实施例来说明本发明中涉及到的聚间苯二胺的制备方法及其应用于脱除硫酸根离子的方法。实施例1 聚间苯二胺的制备取0. 0925mol (10. Og)间苯二胺(mPD)溶于175mL蒸馏水中，加入250mL四口烧瓶中，置于25°C水浴中搅拌20min，使单体溶液充分混勻；取0. 0925mol (21. Ig)过硫酸铵 (APS)溶于55mL蒸馏水中(1. 682mol · L-1)，逐步滴加加入反应体系(20min左右加完)，继续搅拌反应5h。抽滤，分别用蒸馏水、1 1氨水、蒸馏水润洗二次。将洗涤后的产物放入 60°C烘箱中烘干至恒重，得到黑色聚间苯二胺粉末。称重并计算其产率为69%。本发明利用聚间苯二胺吸附水体中硫酸根离子，具体实施步骤如以下实施例所
7J\ ο实施例2300C的恒温水浴条件下，用200mg由实施例1制备的聚合物对15mL 2000mg · L—1 的硫酸钠溶液进行吸附反应，反应时间为60min ；其中分别调节含硫酸根溶液的初始pH为 1. 5,1. 65、1. 75,2. 0,2. 5,3. 0,4. 0、8。反应后的混合溶液过滤并用干燥烧杯收集，滤液中硫酸根离子的浓度采用铬酸钡分光光度法测定。不同溶液初始PH下，聚合物对硫酸根离子的吸附率与吸附量如表1所示。结果发现，PH越低越有利于聚间苯二胺对硫酸根离子的吸附。 本实施例结果表明本发明提供的聚间苯二胺可以有效地处理冶炼、矿山、制药等酸性废水。表 权利要求
1.一种脱除水体中硫酸根离子的吸附剂的制备方法，其特征在于，在间苯二胺水溶液中，加入氧化剂过硫酸铵，室温下搅拌反应，过滤、洗涤，烘干即得聚间苯二胺吸附剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的间苯二胺水溶液的质量百分比为5 20%，氧化剂与间苯二胺的摩尔比为1 0.5 2。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应时间为5 Mh。
4.一种脱除水体中硫酸根离子的吸附剂，其特征在于，是由权利要求1 3任一项所述的方法制备得到的吸附剂。
5.权利要求4所述的吸附剂的应用方法，其特征在于，用于吸附脱除水体中硫酸根离子。
6.根据权利要求5所述的应用方法，其特征在于，取聚间苯二胺吸附剂加入到含硫酸根离子的水溶液中，室温下搅拌反应1 60min后，过滤。
7.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于，硫酸根离子溶液的初始PH值为 1. 0 10，溶液中硫酸根离子的初始浓度为500 IOOOOmg ；聚间苯二胺按照聚间苯二胺质量与硫酸根离子溶液体积比为3 35g · Γ1加入。
8.根据权利要求5所述的应用方法，其特征在于，吸附后的聚间苯二胺可解吸并循环使用用体积比1 1的氨水洗涤吸附后的聚间苯二胺，解析时间为5min，再用蒸馏水洗至滤液呈中性。
全文摘要
本发明涉及一种脱除水体中硫酸根离子的吸附剂及其制备和应用。该吸附剂以间苯二胺为单体，以过硫酸铵为氧化剂，室温下通过化学氧化聚合反应得到聚间苯二胺吸附剂，其合成工艺简单，成本低，对水体中硫酸根的脱除效果好，吸附量可达到107mg·g-1以上，无二次污染。对硫酸根离子浓度低于500mg·L-1的废水的处理效果能达到95％以上。吸附速率快，十分钟内就能达到吸附平衡。多次解吸结果表明，聚间苯二胺解吸率在95％左右，可有效循环使用。
文档编号B01J20/26GK102247818SQ20111013918
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年5月27日
发明者张理源, 彭兵, 杨卫春, 杨志辉, 柴立元, 桑培伦, 王海鹰, 闵小波 申请人:中南大学