一种重金属吸附剂的制备方法和用途
【专利摘要】本发明提出一种重金属吸附剂的制备方法，包括以下步骤：S10，取柱层析用聚酰胺物质，室温下用水浸泡20-24小时，滤水后备用；S20，将上述滤水后的聚酰胺物质加入过硫酸钠、次氯酸钠的混合溶液中，搅拌，常温下浸泡100—120小时或80℃条件下加热2小时；S30，过滤上述步骤S20的溶液体系，弃上清液，取固体物质并以水冲洗至PH值为7—8，即得到湿态重金属吸附剂。本发明提出的重金属吸附剂的制备方法，是以聚酰胺物质作为反应物，在碱性条件和强氧化剂过硫酸钠、次氯酸钠混合溶液中，酰胺基断裂产生游离的氨基和羧基，从而对废水中的镉、铅、铜、锌等重金属离子进行选择性吸附。制备工艺简单、实用性强，原料价格低廉，适于大规模工业生产。
【专利说明】一种重金属吸附剂的制备方法和用途
【技术领域】
[0001]本发明涉及污水处理领域，特别涉及一种重金属吸附剂的制备方法和用途。
【背景技术】
[0002]重金属是指比重大于5g.cm_3的金属元素，在自然界中大约存在45种。但是，由于不同的重金属毒性差别很大，所以在环境科学中人们通常关注Hg、Cd、Pb、Cr、Cu、Co、Ni等。重金属是一类具有积蓄性的对环境永久有害的物质，在天然水体中只要有微量含量即可产生毒性效应，且不能通过化学或生物修复过程转变为无害物质。生物从环境中摄取重金属可以经过食物链的生物放大作用，在较高级生物体内成千万倍地富集起来，然后通过食物进入人体，在人体的某些器官中积蓄起来造成慢性中毒，危害人体健康。
[0003]重金属主要以离子(或配离子)随废水形式排入环境并迁移转化的，主要来源于矿山开采，机械加工，钢铁和有色金属冶炼，以及部分化工企业。因此，重金属废水是对环境污染最严重、对人类危害最大的工业废水之一，如何有效地去除水中的重金属污染物也是当今水处理技术面临的一项重要课题。
[0004]目前，对于重金属微污染水体，以及含重金属工业废水经碱沉淀处理后的出水来说，一个非常显著的特点就是重金属离子是处于高背景碱金属和碱土金属浓度下，例如Na+、Ca2+、Mg2+等含量可高达数百毫克每升。常规的水处理工艺显然无法去除水中的微量重金属离子，需要进行特殊的深度处理，如膜分离技术、离子交换法、吸附法等。但因膜设备投资较大，运行费用较高，膜易被污染，膜分离技术在实际应用存在不少问题；而离子交换法，如普通离子交换树脂(纤维)对重金属离子选择性不高，在处理含高浓度Ca2+、Mg2+等离子的复杂废水时，会无谓消耗交换树脂(纤维)的交换容量，造成成本提高、重金属去除效率降低等问题。从实际应用的角度考虑，吸附法无疑是最适当的选择之一，但目前的一些吸附剂，成本较高，吸附能力普遍较低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种成本低、效率高、工艺简单且实用性强的重金属吸附剂的制备方法和用途。
[0006]本发明提出一种重金属吸附剂的制备方法，其包括以下步骤:
[0007]S10，取柱层析用聚酰胺物质，室温下用水浸泡20-24小时，滤水后备用；
[0008]S20，将上述滤水后的聚酰胺物质加入过硫酸钠、次氯酸钠的混合溶液中，搅拌，浸泡100—120小时或80°C条件下加热2小时；
[0009]S30，过滤上述步骤S20的溶液体系，弃上清液，取固体物质并以水冲洗至PH值为8，即得到湿态重金属吸附剂。
[0010]优选地，还包括步骤S40，将步骤S30制得的湿态重金属吸附剂进行干燥至含水率小于4%。
[0011]优选地，所述干燥的具体步骤为:将制得的湿态重金属吸附剂通过周转箱转入干燥间内，并通过热风循环烘箱将湿态重金属吸附剂烘干，且在整个烘干过程中，烘干温度控制在 45 0C -55 0C ο
[0012]优选地，步骤SlO中所述的聚酰胺物质为聚酰胺树脂或聚酰胺纤维。
[0013]优选地，步骤S20中所述聚酰胺物质和过硫酸钠、次氯酸钠的混合溶液的质量比为1:30，且该混合溶液中，过硫酸钠含量为5 % (质量)，次氯酸钠有效氯含量为3 % -5 %(质量)。
[0014]本发明还提出一种上述制备方法制备出的重金属吸附剂在去除废水中重金属的应用。
[0015]本发明还提出一种去除废水中重金属的方法，其包括以下步骤:
[0016]S11，采用湿法装柱，将上述制备方法制备出的重金属吸附剂装入吸附柱，径高比为 1:8-10 ；
[0017]S12，调节废水的PH值为7— 9，以2 — 4BV/h的流速流过吸附柱。
[0018]优选地，上述步骤还包括:
[0019]S13，待吸附剂达到饱和穿漏点，取含0.1—0.5mol/L稀盐酸或稀硝酸溶液为洗脱液，以lBV/h的流速流过吸附柱进行洗脱，并循环3— 6次，得到洗脱液；
[0020]S14，往步骤S13中所述洗脱液加氢氧化钙溶液至溶液PH > 7，过滤并将所得的沉淀物按危险固体废物处置，所得上清液合并入废水。
[0021]本发明提出的重金属吸附剂的制备方法，是以聚酰胺物质作为反应物，在碱性条件和强氧化剂过硫酸钠、次氯酸钠混合溶液中，酰胺基断裂产生游离的氨基和羧基，从而对废水中的镉、铅、铜、锌等重金属离子进行选择性吸附。制备工艺简单、实用性强，原料价格低廉，适于大规模工业生产。
【具体实施方式】
[0022]应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0023]本发明提供了一种重金属吸附剂的制备方法，其包括以下步骤:
[0024]S10，取柱层析用聚酰胺物质，室温下用水浸泡20-24小时，滤水后备用。
[0025]实际操作中，聚酰胺物质可先加水洗去灰尘和粉末，选用块状或颗粒状料材。优选地，所述聚酰胺物质为聚酰胺树脂或聚酰胺纤维。
[0026]S20，将上述滤水后的聚酰胺物质加入过硫酸钠、次氯酸钠的混合溶液中，搅拌，常温下浸泡100—120小时。
[0027]需要注意的是，该步骤若在80°C加热条件下进行，时间可缩短至2小时。
[0028]具体地，本实施例中，聚酰胺物质与过硫酸钠、次氯酸钠混合溶液的质量比为1:30，且该混合溶液中，过硫酸钠质量分数为5%，次氯酸钠有效氯的质量分数为3% -5%。
[0029]S30，过滤上述步骤S20的溶液体系，弃上清液，取固体物质并以水冲洗至PH值为7—8,即得到湿态重金属吸附剂。
[0030]优选地，为了方便携带和保存，制得的湿态重金属吸附剂进行干燥至含水率小于4%。具体地，所述湿态重金属吸附剂通过周转箱转入干燥间内，并通过热风循环烘箱将湿颗粒烘干，且在整个烘干过程中，烘干温度控制在45°C _55°C。经测定，该吸附剂对重金属的饱和吸附容量分别为:Cu 44.3mg/g (干基)、Cd 61.7mg/g (干基)、Zn 33mg/g (干基)、Pb 68.4mg/g (干基)。
[0031]本发明提出的重金属吸附剂的制备方法，是以聚酰胺物质作为反应物，在碱性条件和强氧化剂过硫酸钠、次氯酸钠混合溶液中，酰胺基断裂产生游离的氨基和羧基，从而对废水中的镉、铅、铜、锌等重金属离子进行选择性吸附。
[0032]该吸附剂对重金属离子有特效交换吸附作用，可在钙、镁、硫酸根、氯等离子背景浓度较大的情况下，吸附去除水中低浓度的重金属，使其达到生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)，而且制备工艺简单、实用性强，原料价格低廉，适于大规模工业生产。
[0033]本发明还提出一种去除废水中重金属的方法，其包括以下步骤:
[0034]S11，采用湿法装柱，将上述制备方法制备出的重金属吸附剂装入吸附柱，径高比为 1:8-10 ；
[0035]S12，调节废水的PH值为7— 9，以2 — 4BV/h的流速流过吸附柱。
[0036]需要注意的是，当废水中重金属种类多，浓度较大时，调节废水的PH值为碱性时可能有氢氧化物沉淀析出，此时需要先分离沉淀物再进行后续操作。
[0037]本发明提出的利用重金属吸附剂去除废水中重金属的方法，将重金属吸附剂装入吸附柱，当含重金属离子的废水流过吸附柱时，重金属离子被吸附剂中游离的氨基和羧基吸附，从而从废水中分离出来。
[0038]优选地，为了使吸附剂重复使用，还要对吸附有重金属的吸附剂进行以下操作:
[0039]S13，待吸附剂达到饱和穿漏点，取含0.1—0.5mol/L稀盐酸或稀硝酸溶液为洗脱液，以lBV/h的流速流过吸附柱进行洗脱，并循环3— 6次，得到洗脱液；
[0040]S14，往步骤S13中所述洗脱液加氢氧化钙至溶液PH > 7，过滤并将所得的沉淀物按危险固体废物处置；(即，根据《中华人民共和目固体废物污染环境防治法》的规定对其进行收集和妥善存放，并指定国家环保局认可的危险废弃物处理公司进行处置。)所得上清液合并入废水。
[0041]达到吸附饱和后，经含0.1—0.5mol/L盐酸或硝酸溶液为洗脱液反复冲洗，得到含重金属离子螯合物的洗脱液，该洗脱液在碱性条件下，生成重金属的氢氧化物沉淀。将固液分离，将沉淀按危险固体废物处置，上清液合并入废水。
[0042]实施例1:
[0043]S10，取14?30目柱层析用聚酰胺树脂，室温下用水浸泡24小时，使之溶胀，滤水后备用。
[0044]S20，将上述滤水后的聚酰胺物质按1:30加入过硫酸钠、次氯酸钠的混合溶液中，且过硫酸钠质量分数为5%，次氯酸钠有效氯的质量分数为3%。搅拌并浸泡120小时。
[0045]S30，过滤步骤S20的溶液体系，弃上清液，取固体物质并以水冲洗至PH值为8，即得到湿态重金属吸附剂。
[0046]实施例2:
[0047]S10，取14?30目柱层析用聚酰胺纤维，室温下用水浸泡20小时，使之溶胀，滤水后备用。
[0048]S20，将上述滤水后的聚酰胺物质按1:30加入过硫酸钠、次氯酸钠的混合溶液中，且过硫酸钠含量为5%，次氯酸钠有效氯的质量分数为5%。搅拌并浸泡100小时。
[0049]S30，过滤上述步骤S20的溶液体系，弃上清液，取固体物质并以水冲洗至PH值为
7.5，即得到湿态重金属吸附剂。
[0050]实施例3:
[0051]S10，取14?30目柱层析用聚酰胺树脂，室温下用水浸泡22小时，使之溶胀，滤水后备用。
[0052]S20，将上述滤水后的聚酰胺物质按1:30加入过硫酸钠、次氯酸钠的混合溶液中，且过硫酸钠含量为5 %，次氯酸钠有效氯的质量分数为4 %。80°C条件下加热2小时。
[0053]S30，过滤步骤S20的溶液体系，弃上清液，取固体物质并以水冲洗至PH值为7，即得到湿态重金属吸附剂。
[0054]实施例4:
[0055]S11，采用湿法装柱，将上述制备方法制备出的重金属吸附剂装入吸附柱，径高比为 1:10。
[0056]S12，以含铜10mg/L的模拟废水为处理对象，以2BV/h的流速流过吸附柱，过柱水量为100倍柱体积，未穿漏。出水以ICP-MS法测定铜，结果未检出。
[0057]实施例5:
[0058]S11，采用湿法装柱，将上述制备的重金属吸附剂装入吸附柱，径高比为1:8。
[0059]S12，以某矿山的开采闪锌矿产生的矿井水为处理对象，该矿井水锌和镉超标:锌47mg/L、镉0.23mg/L,钙413mg/L，浑浊。以石灰水调节矿井水pH为8，过滤氢氧化物沉淀物后，上清液含锌3.6mg/L、镉0.16mg/L。然后将该上清液以4BV/h的流速流过吸附柱，过柱水量为80倍柱体积，未穿漏。出水以ICP-MS法测定锌、镉，结果未检出。
[0060]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种重金属吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: S10，取柱层析用聚酰胺物质，室温下用水浸泡20-24小时，滤水后备用； S20,将上述滤水后的聚酰胺物质加入过硫酸钠、次氯酸钠的混合溶液中，搅拌，常温下浸泡100—120小时或80°C条件下加热2小时； S30，过滤上述步骤S20的溶液体系，弃上清液，取固体物质并以水冲洗至PH值为7—8，即得到湿态重金属吸附剂。
2.如权利要求1所述的重金属吸附剂的制备方法，其特征在于，还包括步骤S40，将步骤S30制得的湿态重金属吸附剂进行干燥至含水率小于4%。
3.如权利要求2所述的重金属吸附剂的制备方法，其特征在于，所述干燥的具体步骤为:将制得的湿态重金属吸附剂通过周转箱转入干燥间内，并通过热风循环烘箱将湿态重金属吸附剂烘干，且在整个烘干过程中，烘干温度控制在45°C -55°C。
4.如权利要求1所述的重金属吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤SlO中所述的聚酰胺物质为聚酰胺树脂或聚酰胺纤维。
5.如权利要求4所述的重金属吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤S20中所述聚酰胺物质和过硫酸钠、次氯酸钠的混合溶液的质量比为1:30，且该混合溶液中，过硫酸钠含量为5% (质量)，次氯酸钠有效氯含量为3%-5% (质量)。
6.一种如权利要求1至5任一项所述的制备方法制备出的重金属吸附剂在去除废水中重金属的应用。
7.—种去除废水中重金属的方法，其包括以下步骤: S11，采用湿法装柱，将如权利要求1至5任一项所述的制备方法制备出的重金属吸附剂装入吸附柱，径高比为1:8-10 ； S12，调节废水的PH值为7— 9，以2 — 4BV/h的流速流过吸附柱。
8.如权利要求7所述的去除废水中重金属的方法，其特征在于，上述步骤还包括: S13，待吸附剂达到饱和穿漏点，取含0.1-0.5mol/L稀盐酸或稀硝酸溶液为洗脱液，以lBV/h的流速流过吸附柱进行洗脱，并循环3— 6次，得到洗脱液； S14，往步骤S13中所述洗脱液加氢氧化钙溶液至溶液PH > 7，过滤并将所得的沉淀物按危险固体废物处置，所得上清液合并入废水。
【文档编号】C02F1/62GK104226279SQ201410452079
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】何星存, 何星基, 郑波, 苏小建, 蔡国华 申请人:桂林奥尼斯特节能环保科技有限责任公司