一种硝酸亚铈改性甲壳类废弃物制备除砷吸附剂的方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种通过铈盐(硝酸亚铈)改性甲壳类废弃物制备除砷吸附剂的方法，属于吸附剂制备技术领域。
【背景技术】
[0002]目前，水体中重金属污染危害已经成为一个全球性的问题。其中，砷具有高毒性、分布广的特点，在USEPA列表中被认为是I号毒素。环境中的砷主要来源于自然界中砷矿物的风化及人类的生产活动，如化工、矿山开采、冶金、发电等工业“三废”的排放及含砷杀虫剂、除草剂的应用。砷经过污染的水、食物及空气进入人体后，会引起急性或慢性中毒，可引发多器官组织和功能上的异常改变。因此如何治理砷污染受到了环境研究者的高度关注。
[0003]传统处理含砷废水的方法主要有沉淀法、吸附法、氧化法、离子交换法、生化法等。在这些传统除砷方法中吸附法被认为是最为经济有效的方法。近年来，科学研究发现稀土元素比如镧和铈，对砷有较强的亲和力。一种主要成分为氧化铈的商业吸附剂(READ)已经用于含砷工业废水的处理，并且在吸附容量和再生利用方面表现出了良好的性能。但是其处理成本较高，限制了其在水处理领域的应用。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有除砷吸附剂存在的不足，提供一种硝酸亚铈改性甲壳类废弃物制备除砷吸附剂的方法，以解决单纯利用铈处理砷污染成本较高的问题。
[0005]本发明的硝酸亚铈改性甲壳类废弃物制备除砷吸附剂的方法，包括以下步骤:
[0006](I)将甲壳类废弃物(蟹壳、虾壳等)置于浓度0.5?lmol/L的NaOH溶液中浸泡2?3小时，然后用清水反复清洗至PH值6.5?7，烘干；
[0007](2)粉碎烘干后的甲壳类废弃物至60?80目；
[0008](3)将粉碎的甲壳类废弃物在质量浓度6 %的HCl溶液中浸泡，真空抽滤，清洗至出水pH值6.5?7.0，烘干；
[0009](4)在水浴温度40?60°C条件下，将步骤(3)所得甲壳类废弃物在质量浓度8%?12 %的硝酸亚铈溶液中浸泡3?4小时；甲壳类废弃物颗粒与硝酸亚铈的质量比为2:1?4:1;
[0010](5)将步骤(4)所得混合液冷却至室温，过滤，固体颗粒在60?70°C干燥20?25小时，然后热处理，冷却，用蒸馏水清洗，烘干，制得硝酸亚铈改性甲壳类废弃物除砷吸附剂。[0011 ] 所述步骤(I)中甲壳类废弃物与NaOH溶液的比例是lg: 20mL?lg: 25mL。
[0012]所述步骤(I)、步骤(3)和步骤(5)中的烘干温度为65?75°C。
[0013]所述步骤(3)中甲壳类废弃物颗粒与盐酸溶液的质量比为1:10?1:20。
[0014]所述步骤(5)中热处理是指在氩气保护下100?120°C热处理30?60分钟，在空气中80?100°C热处理60?90分钟。
[0015]所述步骤(5)中热处理是指在氩气保护下的热处理温度为120°C，热处理时间为45分钟;在空气中的热处理温度为100°C，热处理时间为60分钟。
[0016]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0017](I)选取甲壳类废弃物和铈盐为原材料，一方面，甲壳类废弃物的利用不仅提高壳类海产品的利用价值而且减少了废弃物排放所造成的环境污染;另一方面，我国铈元素资源丰富，蕴藏量居世界首位，铈元素性质的研究对于开发利用我国优势资源有重大意义。
[0018](2)能够实现对废水及饮用水源中砷的去除，砷初始浓度在20mg/L以下时，对砷吸附容量可达到69.4mg/g，砷去除效率可达到95%以上，对于工业废水的处理以及水环境的改善具有重要的意义。
[0019](3)选取甲壳类废弃物和铈盐为原材料，一方面兼具无机材料热稳定性，另一方面又具有机材料的多功能性的优点。
【附图说明】
[0020]图1为未经改性的蟹壳颗粒在电子扫描电镜下的微观结构示意图。
[0021]图2为实施例1制备的硝酸亚铈改性蟹壳除砷吸附剂在电子扫描电镜下的微观结构示意图。
[0022]图3为实施例2制备的硝酸亚铈改性虾壳除砷吸附剂在不同pH值下对砷的吸附容量示意图。
[0023]图4为实施例3制备的硝酸亚铈改性甲鱼壳除砷吸附剂在不同处理时间下对砷的吸附量示意图。
【具体实施方式】
[0024]实施例1
(1)将50g蟹壳置于1000mL浓度I mol/L的NaOH溶液中浸泡2小时，然后用清水反复清洗至pH值6.5，置于70°C烘箱中烘干。
(2)对蟹壳做粉碎处理，过80目滤筛。
(3)将已过筛的蟹壳置于质量浓度6%的盐酸中浸泡(蟹壳与盐酸溶液的质量比为1:10)，真空抽滤，清洗至出水pH值为6.5，70°C温度条件下烘干。
(4)在水浴温度50°C条件下将蟹壳在质量浓度是8%的硝酸亚铈溶液中浸泡4小时(蟹壳与硝酸亚铈的质量比为3:1)。
(5)将上述混合液冷却至室温，过滤，固体颗粒置于电热恒温干燥箱内，温度控制在65°C干燥23小时后，在氩气保护下110°C热处理30分钟，在空气中90°C热处理75分钟，冷却，用蒸馏水清洗，置于70°C烘箱中烘干，制得硝酸亚铈改性蟹壳除砷吸附剂(CC1)。
将未经改性的蟹壳颗粒和本实施例制备的除砷吸附剂CCl分别置于电子扫描电镜下，观察改性前及改性后蟹壳的表面孔隙结构，如图1和图2所示，对比改性前、后吸附剂中所含的元素组分的。
从图1与图2中可以看出经过改性的蟹壳颗粒表面凹凸不平，呈层叠状疏松结构、空隙增大。与原材料蟹壳相比，改性后制备的CCl中Ca、Mg、P元素含量急剧减少，炭氧含量增多，原因是钙质、镁质、磷质在盐酸中有了不同程度的溶解;此外，CCl中Ce元素的出现表明其已成功负载了铈元素，有利于提高其对砷酸盐的吸附效果。 实施例2
(1)将50g虾壳置于I10mL浓度0.8 mo I/L的NaOH溶液中浸泡2.5小时，然后用清水反复清洗至PH值7，置于65°C烘箱中烘干。
(2)对虾壳做粉碎处理，过60目滤筛。
(3)将已过筛的虾壳置于质量浓度6%的盐酸中浸泡(虾壳与盐酸溶液的质量比为1:20)，真空抽滤，清洗至出水pH值为7.0，65°C温度条件下干燥。
(4)在水浴温度40°C条件下将虾壳在质量浓度是12%的硝酸亚铈溶液中浸泡3小时(虾壳与硝酸亚铈的质量比为4:1)。
(5)将上述混合液冷却至室温，过滤，固体颗粒置于电热恒温干燥箱内，温度控制在70°C干燥20小时后，在氩气保护下120°C热处理45分钟，在空气中100°C热处理60分钟，冷却，用蒸馏水清洗，置于65°C烘箱中烘干，制得硝酸亚铈改性虾