一种新型材料电气石对酸性溶液中镉的吸附的制作方法
【专利摘要】本发明针对重金属污染治理技术中存在的问题，特别是吸附剂用于处理酸性水体重金属时吸附量低的问题，建立了一种新型材料电气石对酸性溶液中镉离子有较好的吸附技术。电气石对Cd2+离子的吸附受吸附时间、温度及初始浓度的影响。电气石对Cd2+离子有快速和慢速吸附两个阶段，在6h前，电气石对Cd2+离子吸附迅速，24h后基本达到平衡，48h后电气石对Cd2+离子的去除率可达到59.10％；在酸性、中性及碱性条件下电气石对Cd2+均有较好的去除效果，且在溶液pH为4.0，温度15，25和35℃时电气石对Cd2+离子的饱和吸附量分别为31.77，33.11和40.16mg/g。同一温度条件下，在溶液pH为4.0，溶液初始浓度越高，电气石对Cd2+的吸附量越大，随着温度的升高，电气石对Cd2+的吸附量有所上升。电气石可用于酸性溶液中重金属吸附，该发明为废水治理特别是酸性废水重金属污染的治理提供了新的材料和理论依据。
【专利说明】一种新型材料电气石对酸性溶液中镉的吸附
【技术领域】
[0001]本发明属于环境重金属污染治理领域，具体涉及一种新型材料电气石在治理废水特别是酸性废水中的重金属污染治理的应用。
技术背景
[0002]随着工业化和城市化的推进，电镀、印染、采矿、冶金和化工等每年生产大量的含重金属离子的废水，从而导致重金属污染日益严重。重金属难降解并能通过食物链而生物富集，构成对生物和人体健康的严重威胁，特别像镉(Cd)进入人体中主要累积在肝、肾、胰腺、甲状腺和骨骼中，造成贫血、高血压、神经痛、骨质松软、肾炎和分泌失调等病症。如何有效治理废水重金属污染成为共同关注的问题。
[0003]处理重金属废水常见方法主要有吸附法、化学沉淀、离子交换、膜分离等方法。其中，化学沉淀、离子交换、膜分离对废水中重金属污染治理存在着成本高的问题，而吸附法便成为非常有效的常用方法。近几年，许多天然矿物类吸附剂如沸石、石英、磷灰石、针铁矿、方解石、白云石等被应用于水体重金属吸附研究中。然而这些吸附剂用于处理酸性水体重金属吸附时吸附量低。因此，寻求可治理酸性废水重金属污染的新型材料是环境科学关注的热点问题。
[0004]电气石(tourmaline)是一种良好的生态智能和功能材料,也是很好的绿色环保材料。它是一种典型的高温气 成矿物，其化学成分非常复杂。直到电气石晶体结构确定后，比较合理的成分结构式才被提出，通式为XYZSi6O18 (BO3)具，式中X = Na+，Ca2+，K+或者空位；Y = Mg2+，Fe2+，Mn2+，Al3+，Fe3+，Mn3+，Cr3+，Ti4+，Li+ ；Z = Al3+，Fe3+，Cr3+，Mg2+ ；ff = 0W, F，O2、X，Y，Z三位置的原子和离子种类不同，导致电气石成分和颜色不同。电气石具有永久的自发静电场的自发极化现象、辐射远红外线、释放负离子、持续发生直流静电、释放矿物质和微量元素的特点。
[0005]2011年王翠苹等首次利用电气石吸附接近工业强酸性废水中重金属离子，基本克服了吸附法对酸性废水重金属吸附难的问题，为酸性废水治理提供了一种新的吸附材料和治理技术
【发明内容】
[0006]本发明针对酸性重金属污染治理难且吸附量低的问题，提出了一种新型材料-电气石对强酸性废水中Cd2+能快速、有效去除。
[0007]本发明的详细描述:
[0008]在重金属污染的强酸性溶液中，加入少量电气石，对重金属进行吸附特性和吸附量评价本发明所用电气石粒径为SOOnm的电气石，购买于天津市鸿雁矿产品有限公司，该电气石产于新疆。主要化学成分为:Si0236.75%,A120333.62%,Fe20312.19%,TiO20.57%,Β2039.78%, FeO 1.7%, CaO 0.4%, MgO 4.76%, K2O 0.14%, Na2O 0.74%, P2O50.19%,H3O+L 0%和 MnO 0.21%。[0009]具体工艺参数:
[0010]1.吸附时间对电气石去除Cd2+的影响
[0011]电气石用量6g/L，镉离子溶液浓度为100mg/L，溶液pH为4.0,吸附时间5min_48h0
[0012]2.pH值对电气石去除Cd2+的影响
[0013]为考察电气石在不同酸碱度溶液中对重金属吸附能力，分别将Cd2+溶液调整2-8，吸附时间为24h，电气石用量为2g/L，镉离子溶液浓度为100mg/L。
[0014]3.温度对对电气石去除Cd2+的影响
[0015]为接近环境实际温度，本实验温度分别采取为15，25和35度，溶液pH为4，吸附时间为24h，电气石用量为2g/L，镉离子溶液浓度为100mg/L。
[0016]4.评价电气石对酸性溶液中Cd2+的吸附性能
[0017]采取常温温度为25度，溶液pH为4，吸附时间为24h，电气石用量为2g/L。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1电气石吸附强酸性溶液中Cd2+吸附动力学
[0019]图2电气石对不同pH溶液中Cd2+吸附
[0020]图3初始浓度及温度对Cd2+离子吸附效果的影响
[0021]图4不同温度下电气石对Cd2+离子吸附等温线
[0022]为更好理解本发明的内容，下面通过实施例对本发明作进一步的说明，但所举之例并不限制本发明的保护范围。
【具体实施方式】
[0023](I)溶液配制:准确称取2.745g硝酸镉(分析纯，天津市北科化学品有限责任公司)，加入lOmLlmol/L HNO3，用蒸馏水定容于IL的容量瓶中，配制成lg/L的离子储备液。分别取25，50，75，100，125，150，175，200mL离子储备液，用蒸馏水定容于500mL容量瓶中，配制成50，100，150，200，250，300，350，400mg/L的重金属离子溶液，4°C冰箱避光保存。
[0024](2)从动力学角度说明不同吸附时间的吸附效果
[0025]为了得出电气石对酸性溶液中Cd2+离子的吸附动力学特征，将Cd(NO3)2溶液调节到pH为4.0，吸附温度25°C时，电气石用量调至6g/L，镉离子溶液浓度为100mg/L，进行重金属离子动力学吸附试验。从附图1可以看出，电气石对Cd2+离子有快速和慢速吸附两个阶段，在6h前，电气石对Cd2+离子吸附迅速，24h后基本达到平衡，48h后电气石对Cd2+离子的去除率可达到59.10%。
[0026]通过Langmuir模型计算得出，在pH为4.0，温度15，25和35°C时电气石对Cd2+离子的饱和吸附量分别为31.77，33.11和40.16mg/g。因此，电气石对酸性溶液中Cd2+有较好的吸附效果。
[0027](3)电气石在不同pH条件下的吸附特性
[0028]将浓度为10011^/1的0(1(勵3)2溶液，初始？!1分别调至2.0，3.0，4.0，5.0，6.0，7.0，
8.0，电气石用量为4g/L，吸附温度为25°C恒温，吸附时间24h。
[0029]由附图2可以看出，溶液pH低于4.0时，电气石对Cd2+离子的吸附率低于12% ；pH在4.0~6.0之间，吸附率为31 %~49% ;中性及碱性条件下电气石对Cd2+吸附率为55 %~59 %。说明在酸性、中性及碱性条件下电气石对Cd2+均有较好的去除效果，特别是在强酸性条件下(相对工业废水酸度)，电气石对Cd2+仍有良好的吸附效率，这主要归结为电气石能将酸性(除PH2.0和3.0外)、中性或碱性溶液pH自动调整至6.4左右。
[0030](4)初始浓度和温度对电气石吸附特性的影响
[0031 ] 吸附时间为24h，将Cd (NO3) 2溶液初始PH调整为4.0，电气石用量为2g/L，Cd (NO3) 2初始浓度为50，100，150，200，250，300，350，400mg/L，分别在不同温度下进行吸附实验。由附图3可以看出，同一温度条件下，溶液初始浓度越高，电气石对Cd2+的吸附量越大。随着温度的升高，电气石对Cd2+的吸附量有所上升。
[0032](5)电气石对酸性溶液中Cd2+吸附性能评价
[0033]利用吸附Freundlich和Langmuir等温吸附模型对电气石在不同温度、不同浓度条件下Cd2+离子吸附性能进行评价见附图4，表2。
[0034]电气石对强酸性溶液中Cd2+离子吸附优于其他矿物材料(表2)。
[0035]表1不同温度下Cd2+在电气石上的等温吸附参数
[0036]
【权利要求】
1.建立了一种新型材料-电气石对强酸性溶液中镉离子的吸附技术。
2.权利I中电气石对强酸性溶液中镉离子的吸附特征: 电气石对Cd2+吸附在6h前吸附迅速，24h后基本达到平衡； 溶液中Cd2+初始浓度越高，电气石对Cd2+的吸附量越大； 随着温度的升高，电气石对Cd2+的吸附量有所上升； 在溶液pH为4.0，温度15，25和35°C时电气石对Cd2+离子的饱和吸附量分别为31.77，33.11 和 40.16mg/g。
3.权利要求1和2所所述的电气石能用于酸性单一或者共存重金属离子吸附，或者实际酸性废水的处理。
【文档编号】C02F1/62GK103896356SQ201210593234
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月27日 优先权日:2012年12月27日
【发明者】王翠苹, 李静, 王宝琳, 余力, 孙红文 申请人:南开大学