去除水体中染料的方法与流程

本发明属于环境治理领域，具体涉及一种去除水体中染料的方法。
背景技术：
：环境中合成染料的危害已越来越为人们所重视。每年都有数十万吨的染料被释放到水体当中，这些染料不仅危害水生动物以及人类的健康而且降低水体的透光性从而阻碍系统的光合作用。其中亚甲基蓝是一种最常见、应用非常广泛的工业合成染料。含亚甲基蓝废水主要来自塑料、纺织、皮革、化妆品、造纸、印刷和染料制造工业。研究表明亚甲基蓝能够对人和动物的眼睛产生不可恢复的损害，此外，亚甲基蓝还会造成心率上升、呕吐、休克、海因茨小体症、苍白病、黄疸病以及组织坏死。因此，对环境中亚甲基蓝废水的处理已经成为当前亟待解决的问题之一。对于染料废水的治理，传统的方法有吸附、离子交换、化学混凝、电解和生物处理等。在这些方法中，吸附法因其高效性得到了广泛的关注。吸附法是一种易行、简单的废水处理方法，目前使用较为广泛的吸附剂有膨润土、活性炭等，但是这些吸附剂由于存在吸附容量小，成本较高或再生性能差等缺点，往往不能应用于大规模的环境治理。钢渣作为一种主要的钢铁冶炼固体废物之一，其产量巨大。据统计我国每年钢渣产量在7000t以上，其中大部分钢渣没有得到有效资源化利用，历年来堆积的钢渣侵占了大量的土地，但是由于钢渣表面相对光滑，比表面积不高，所以吸附容量较小。因此，研究出一种利用钢渣高效去除水体中染料污染物的方法具有重要的意义。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种处理效率高、处理效果好、处理工艺简单、操作方便、成本低、不会引起二次污染的去除水体中染料的方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种去除水体中染料的方法，包括以下步骤：将改性钢渣与染料废水混合进行振荡吸附，完成对染料废水的处理；所述改性钢渣由钢渣经高温改性和水杨酸溶液改性后制得。上述的去除水体中染料的方法中，优选的，所述改性钢渣的制备包括以下步骤：取钢渣于700℃～800℃下高温处理4h～6h，将经过高温处理后的钢渣与水杨酸溶液混合震荡反应2h～4h，得到改性钢渣。上述的去除水体中染料的方法中，优选的，所述水杨酸溶液由水杨酸溶于甲醇/丙酮复合溶剂中制得；所述水杨酸与所述甲醇/丙酮复合溶剂的质量体积比为50g～60g∶1L。上述的去除水体中染料的方法中，优选的，所述甲醇/丙酮复合溶剂中甲醇与丙酮的体积比为3∶7～7∶3。上述的去除水体中染料的方法中，优选的，所述钢渣包括20wt％～50wt％的CaO、7wt％～24wt％的SiO2、3wt％～20wt％的Fe2O3、8wt％～30wt％的FeO、0.3wt％～8wt％的MgO、0.1wt％～5wt％的Al2O3、0.1wt％～3wt％的P2O5。上述的去除水体中染料的方法中，优选的，所述改性钢渣与所述染料废水的质量体积比为25g～30g∶1L。上述的去除水体中染料的方法中，优选的，所述染料废水中染料为亚甲基蓝；所述染料废水中染料的初始浓度≤200mg/L。上述的去除水体中染料的方法中，优选的，所述染料废水的初始pH值为3～10。上述的去除水体中染料的方法中，优选的，所述染料废水的初始pH值为4～9。上述的去除水体中染料的方法中，优选的，所述振荡吸附的转速为160rpm～200rpm；所述振荡吸附的时间为1h～2h。本发明方法中，所述钢渣包括转炉钢渣，但不仅限于此。本发明方法中，所述经过高温处理后的钢渣与所述水杨酸溶液的质量体积比为50g～60g∶1L，但不仅限于此。与现有技术相比，本发明的优点在于：1、本发明提供了一种去除水体中染料的方法，采用改性钢渣对染料废水进行吸附处理，对废水中染料的去除率高达98％上，实现了对废水中染料的高效去除。本发明中采用改性钢渣去除水体中染料的方法具有成本较低、处理效率高、处理效果好、处理工艺简单、操作方便、投资费用和运行费用低、不会引起二次污染等优点，同时还实现了对固体废物钢渣的资源化再利用。2、本发明中，经高温改性和水杨酸溶液改性后钢渣表面的CaO等碱性成分被去除，这有效的降低了钢渣的碱度，防止了钢渣中碱性成分水解影响反应体系pH，解决了因未改性钢渣表面CaO等碱性成分在水溶液中持续水解，使溶液pH急剧上升(可达12以上)，从而导致处理过程中溶液pH值难以控制等问题。另外，本发明中通过对钢渣进行高温改性和水杨酸溶液改性，使得改性后的钢渣表面会形成较多坑洼结构，这极大地提高了钢渣的比表面积，为污染物的吸附提供了更多的吸附位点，有效的提高了钢渣对污染物的吸附容量，从而提高对亚甲基蓝的处理效率和处理效果。附图说明为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。图1为本发明实施例1中未改性的转炉钢渣(未改性钢渣)和改性钢渣在不同时间下对废水中亚甲基蓝的吸附去除效果图。图2为本发明实施例1中未改性的转炉钢渣(A)和经过高温改性后的转炉钢渣(B)以及经过高温改性和水杨酸改性后的转炉钢渣(C)的电子扫描显微镜图。图3为本发明实施例1中未改性的转炉钢渣(A)和经过高温改性和水杨酸改性后的转炉钢渣(B)的扫描电镜能谱成分分析图。图4为本发明实施例2中不同添加量的改性钢渣对废水中亚甲基蓝的吸附去除效果图。图5为本发明实施例3中改性钢渣在不同温度下对废水中亚甲基蓝的吸附去除效果图。图6为本发明实施例4中改性钢渣对不同pH的亚甲基蓝废水的吸附去除效果图。具体实施方式以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。以下实施例中所采用的原料和仪器均为市售，其中所用钢渣为转炉钢渣，购于河北省灵寿县某矿产品加工厂，将冶金炉渣(即转炉钢渣)干燥后破碎成直径0.3mm左右的颗粒，用于染料污染水体的处理。本发明所采用的冶金炉渣中的主要成分为46.95wt％的CaO，10.63wt％的SiO2，9.65wt％的Fe2O3，13.45wt％的FeO，4.86wt％的MgO，3.64wt％的Al2O3，1.85wt％的P2O5。实施例1一种本发明的去除水体中染料的方法，包括以下步骤：(1)取500g水杨酸溶解于10L甲醇/丙酮复合溶剂(甲醇与丙酮的体积比为1∶1)中，得到水杨酸溶液。(2)将转炉钢渣在700℃下高温处理4h后冷却备用，取600g经高温处理后的转炉钢渣与步骤(1)中的水杨酸溶液混合震荡反应2h，过滤，用清水清洗并干燥，得到改性钢渣。(3)取2份体积为1L、初始浓度为200mg/L、初始pH为5.4的亚甲基蓝溶液，分别加入10g未改性的转炉钢渣、10g步骤(2)中的改性钢渣，混合后，在常温、转速为180rpm的条件下进行振荡吸附，完成对亚甲基蓝的去除。在振荡吸附进行0.5h，1h，2h，3h和4h后分别从反应体系中取样，利用紫外-可见光分光光度计检测溶液中亚甲基蓝的含量，结果见图1。图1为本实施例中未改性的转炉钢渣(未改性钢渣)和改性钢渣在不同时间下对废水中亚甲基蓝的吸附去除效果图。由图1可知，改性钢渣对亚甲基蓝的吸附去除率明显高于未改性的转炉钢渣。由此可见，本发明经高温改性和水杨酸改性后得到的改性钢渣对亚甲基蓝的吸附性能有很大的提高。在亚甲基蓝初始浓度为200mg/L，添加量为10g/L、振荡吸附时间为2h的条件下，未改性钢渣对亚甲基蓝的吸附容量为0.49mg/g，而在相同的条件下，改性钢渣对亚甲基蓝的吸附容量达到8.41mg/g。相对未改性钢渣，本发明改性钢渣对亚甲基蓝的吸附容量提高了将近20倍。此外，由图1可知，改性钢渣对亚甲基蓝的吸附非常迅速，当振荡吸附时间大于1h后，亚甲基蓝的去除率趋于稳定。可见，本发明方法处理亚甲基蓝溶液的最佳时间为1h。将转炉钢渣粉末和经过改性的转炉钢渣粉末进行比表面积以及孔体积测定：表1为本实施例中未改性的转炉钢渣(A)和经过高温改性后的转炉钢渣(B)以及经过高温改性和水杨酸改性后的转炉钢渣(C)的比表面积以及孔体积测定值。由表1可知：未改性的转炉钢渣比表面积较小(4.36m2/g)，经过高温处理后，转炉钢渣的比表面积上升到7.53m2/g，这可能是由于高温处理导致钢渣表面形成一些裂纹，在经过水杨酸-甲醇-丙酮溶液(即步骤(1)中的水杨酸溶液)处理后，转炉钢渣的比表面积进一步增加，达到43.8m2/g；同时表1的测试结果还显示孔体积也发生了相似的变化，这可能是由于水杨酸对转炉钢渣表面CaO等碱性成分进行去除，留下Fe2O3等成分，形成了较多的坑洼结构。表1：钢渣比表面积和孔体积检测结果表样品ABC比表面积(m2/g)4.367.5343.8孔体积(cm3/g)0.0130.0220.092将转炉钢渣粉末和经过改性的转炉钢渣粉末进行电子显微镜扫描：图2为本实施例中未改性的转炉钢渣(A)和经过高温改性后的转炉钢渣(B)以及经过高温改性和水杨酸改性后的转炉钢渣(C)的电子扫描显微镜图。从图2中可知：未改性的转炉钢渣表面相对平坦，但是由于经过了机械破碎，所以有一些坑洼；经过高温以及水杨酸改性后转炉钢渣的表面形态发生了较大的改变，转炉钢渣表面变得坑洼不平，形成了很多的凹凸结构，这些变化增加了转炉钢渣和亚甲基蓝的接触面积，有利于吸附作用。将转炉钢渣粉末和经过改性的转炉钢渣粉末进行扫描电镜能谱成分分析：图3为本实施例中未改性的转炉钢渣(A)和经过高温改性和水杨酸改性后的转炉钢渣(B)的扫描电镜能谱成分分析图。扫描电镜能谱成分分析进一步验证了改性处理对钢渣表面的CaO成分进行了去除。从图3中可知：钢渣在经过改性之后，Ca元素所占的比例明显下降，Fe元素所占的比例明显上升。实施例2一种本发明的去除水体中染料的方法，包括以下步骤：(1)取500g水杨酸溶解于10L甲醇/丙酮复合溶剂(甲醇与丙酮的体积比为1∶1)中，得到水杨酸溶液。(2)将转炉钢渣在700℃下高温处理4h后冷却备用，取600g经高温处理后的转炉钢渣与步骤(1)中的水杨酸溶液混合震荡反应2h，过滤，用清水清洗并干燥，得到改性钢渣。(3)取4份体积为1L、初始浓度为200mg/L、初始pH为5.4的亚甲基蓝溶液，分别加10g、15g、20g、25g、30g、35g步骤(2)中的改性钢渣，混合后，在常温、转速为180rpm的条件下进行振荡吸附，完成对亚甲基蓝的去除。在振荡吸附进行1h后分别从反应体系中取样，利用紫外-可见光分光光度计检测溶液中亚甲基蓝的含量，结果见图4。图4为本实施例中不同添加量的改性钢渣对废水中亚甲基蓝的吸附去除效果图。由图4可知，在添加量为25g/L的情况下，本发明改性钢渣对初始浓度为200mg/L的亚甲基蓝溶液的去除率到达98％以上。继续增加改性钢渣的剂量，亚甲基蓝的去除率变化不大，所以，从节约成本的角度考虑，本发明方法处理亚甲基蓝溶液的最佳添加量为25g/L。实施例3一种本发明的去除水体中染料的方法，包括以下步骤：(1)取500g水杨酸溶解于10L甲醇/丙酮复合溶剂(甲醇与丙酮的体积比为1∶1)中，得到水杨酸溶液。(2)将转炉钢渣在700℃下高温处理4h后冷却备用，取600g经高温处理后的转炉钢渣与步骤(1)中的水杨酸溶液混合震荡反应2h，过滤，用清水清洗并干燥，得到改性钢渣。(3)取5份体积为1L、浓度为200mg/L、初始pH为5.4的亚甲基蓝溶液，各加入25g步骤(2)中的改性钢渣，混合后，在转速为180rpm的条件下，于温度为20℃、25℃、30℃、35℃、40℃下进行振荡吸附，完成对亚甲基蓝的去除。在振荡吸附进行1h后分别从反应体系中取样，利用紫外-可见光分光光度计检测溶液中亚甲基蓝的含量，结果见图5。图5为本实施例中改性钢渣在不同温度下对废水中亚甲基蓝的吸附去除效果图。由图5可知，随着温度的增加，本发明改性钢渣对亚甲基蓝的去除率变化几乎没有影响，在1小时内均能达到98％以上，可见，本发明改性钢渣对温度的适应性较好。实施例4一种本发明的去除水体中染料的方法，包括以下步骤：(1)取500g水杨酸溶解于10L甲醇/丙酮复合溶剂(甲醇与丙酮的体积比为1∶1)中，得到水杨酸溶液。(2)将转炉钢渣在700℃下高温处理4h后冷却备用，取600g经高温处理后的转炉钢渣与步骤(1)中的水杨酸溶液混合震荡反应2h，过滤，用清水清洗并干燥，得到改性钢渣。(3)取9份体积为1L、初始浓度为200mg/L的亚甲基蓝溶液，它们的初始pH分别为2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0，各加入25g步骤(2)中的改性钢渣，混合后，在常温、转速为180rpm的条件下进行振荡吸附，完成对亚甲基蓝的去除。在振荡吸附进行1h后分别从反应体系中取样，利用紫外-可见光分光光度计检测溶液中亚甲基蓝的含量，结果见图6。图6为本实施例中改性钢渣对不同pH的亚甲基蓝废水的吸附去除效果图。由图6可知，在较低的pH条件下(pH＝2和pH＝3)，改性钢渣对亚甲基蓝具有一定的吸附去除效果，pH为2时对亚甲基蓝的去除率超过60％，pH为3时对亚甲基蓝的去除率超过80％。在较高的pH条件下(pH＝10)，改性钢渣对亚甲基蓝的吸附去除效果稍有下降，但对亚甲基蓝的去除率仍然高于90％。这说明本发明的改性钢渣不仅适用于酸性亚甲基蓝溶液，也适用于碱性亚甲基蓝溶液。由此可见，本发明方法对pH为3～10的亚甲基蓝废水具有较好的吸附去除效果，且对pH为4～9的亚甲基蓝废水具有更好的吸附去除效果。由上可见，本发明方法对水体中亚甲基蓝的去除效果好，对亚甲基蓝的去除率可达到98％以上。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。当前第1页1 2 3