專利名稱：含重金屬離子或含磷的廢水的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境功能材料領(lǐng)域，特別涉及重金屬廢水處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
從采礦作業(yè)、電鍍?cè)O(shè)備、發(fā)電設(shè)備、電子儀表制造單位和制革中排出的廢液都含有重金屬，且含量基本都超出當(dāng)?shù)氐呐欧艠?biāo)準(zhǔn)。廢液中包括的有毒重金屬如鉻、鎘、鉛、汞、鎳和銅，這些重金屬如果不加以處理而直接外排，將對(duì)人類的生存和身心健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害。例如，鉻對(duì)人和動(dòng)植物的危害很大，在水體中，高濃度的Cr(VI)可極大程度地抑制生物的生長，飲用水受六價(jià)鉻污染可致癌。蓄電池廠排放的廢水含有大量的鉛，對(duì)我們的腎臟、肝臟、生殖系統(tǒng)和腦功能等都有危害，會(huì)導(dǎo)致人們貧血、失眠、頭暈頭疼、肌無力、腎衰竭等等。磷作物生長所必需的三大營養(yǎng)元素之一，在土壤中過多地積累，會(huì)影響土壤中的微量元素Zn、Mn、Fe、Cu的有效性和在植株中的含量，還會(huì)造成地下水體磷污染，藍(lán)藻等微生物會(huì)大量富集，導(dǎo)致水體中的溶解氧大量流失，水體富營養(yǎng)化，甚至引發(fā)赤潮。目前，用于去除水體中重金屬的一般方法有化學(xué)沉淀、離子交換、膜分離和吸附等，廢水脫磷主要有化學(xué)凝聚沉淀法、離子交換法、生化法和吸附法。吸附法處理含重金屬和磷的廢水適用范圍廣，應(yīng)用普遍。吸附法依靠吸附劑與污水中的污染離子之間進(jìn)行的一種化學(xué)反應(yīng)過程以達(dá)到去除的目的，它的高效快速、操作簡單、無二次污染、吸附劑可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)在國內(nèi)外已引起人們?cè)絹碓酱蟮年P(guān)注。國內(nèi)外常用的吸附材料主要有活性炭、 活性氧化鋁、硅膠、沸石以及合成沸石等。但這些吸附材料具都存在一定的缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出能克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷的含重金屬離子或含磷的廢水的處理方法。本發(fā)明技術(shù)方案是將含重金屬離子或含磷的廢水調(diào)節(jié)pH至3 5，加入磁性蒙脫石納米粒子，攪拌40 180分鐘后，即可除去廢水中重金屬離子或磷。本發(fā)明利采用磁性蒙脫石納米粒子作為吸附劑，由于蒙脫石廉價(jià)易得，國內(nèi)外儲(chǔ)量豐富，只需將磁性納米粒子復(fù)合上去，就能得到廉價(jià)高效的吸附劑，用于處理廢水中重金屬離子(如鉻、鉛和汞)和磷，不僅方法簡單易操作，而且去除率高，易回收再利用，對(duì)鉻的去除率達(dá)90%，鉛、汞和磷達(dá)100%，處理效果也很穩(wěn)定。利用外界磁場可將吸附劑與水體分離， 在保護(hù)了水體生態(tài)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，還可以對(duì)吸附劑進(jìn)行回收、脫附處理后，再多次循環(huán)利用。 本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于大面積水域，可對(duì)水體進(jìn)行原位處理，利用磁性通過外界磁場就可將吸附劑連同磷一起與水體分離，保護(hù)了水體生態(tài)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，還可以對(duì)吸附劑進(jìn)行脫附處理后再循環(huán)利用。為了節(jié)約能源，所述攪拌反應(yīng)的時(shí)間為40 180分鐘。反應(yīng)時(shí)間對(duì)磷的去除率無太大影響，在40分鐘時(shí)達(dá)到100%，攪拌反應(yīng)時(shí)間在180分鐘時(shí)，重金屬去除率最大，鉻去除率達(dá)到65%，鉛去除率達(dá)到100%。
為了提高處理效率，處理初期本發(fā)明所述所述含重金屬離子或含磷的廢水中，重金屬離子和磷含量為0. 5 3mg/L，磁性蒙脫石納米粒子的加入量為0. 2 20g/L。另，本發(fā)明所述磁性蒙脫石納米粒子的制備方法是在水或膠束體系中，將硫酸亞鐵溶液、蒙脫石、檸檬酸鈉和氫氧化鈉攪拌混合，于80°C水浴攪拌反應(yīng)，然后離心洗滌、干燥，制得納米磁性蒙脫石粒子。本發(fā)明將普通的蒙脫石修飾成具有一定磁性的的優(yōu)良吸附劑，采用連續(xù)低真空干燥，降低制作成本，且更好地保護(hù)了蒙脫石的結(jié)構(gòu)，能對(duì)污水水體進(jìn)行大范圍使用。本發(fā)明所述檸檬酸鈉的質(zhì)量百分比為2%，氫氧化鈉的質(zhì)量百分比為1%，蒙脫石的質(zhì)量百分比為I. 7%，硫酸亞鐵溶液的濃度為lmol/L ;所述質(zhì)量百分比為2%的檸檬酸鈉、質(zhì)量百分比為1%的氫氧化鈉、質(zhì)量百分比為I. 7%的蒙脫石、去離子水和lmol/L的硫酸亞鐵溶液的投料質(zhì)量比為2. 4 : 6 : 4 : 100 : 11。在加入硫酸亞鐵溶液時(shí)，加入由質(zhì)量百分比為9%的聚乙二醇400和水混合形成的膠束，所述聚乙二醇400和水的混合投料質(zhì)量比為I : 10 ;所述質(zhì)量百分比為2%的檸檬酸鈉、質(zhì)量百分比為1%的氫氧化鈉、質(zhì)量百分比為I. 7%的蒙脫石、去離子水、膠束和lmol/L 的硫酸亞鐵的投料質(zhì)量比為2. 4 : 6 : 4 : 50 : 50 : 11。
圖I為磁性蒙脫石納米粒子的磁滯回線圖。圖2為磁性蒙脫石納米粒子的透射電鏡圖。
具體實(shí)施例方式一、制備磁性蒙脫石納米粒子
方案I :
(I)將質(zhì)量百分比為2%的檸檬酸鈉2. 4g、1%氫氧化鈉6g、I. 7%蒙脫石4g加入IOOml 去離子水中，機(jī)械攪拌直到溶解混勻，形成混合物A。(2)向混合物A中加入lmol/L硫酸亞鐵40mL，再用適量的氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH到11， 于80°C水浴控溫?cái)嚢璺磻?yīng)I小時(shí)，制成磁性物質(zhì)。(3)將制成的磁性物質(zhì)用去離子水和乙醇洗滌、離心數(shù)次后于真空干燥箱內(nèi)50°C 真空干燥半小時(shí)，即制得磁性蒙脫石納米粒子。方案2:
(I)將聚乙二醇400和H2O按質(zhì)量比為1:10進(jìn)行混合振勻后超聲15分鐘制成膠束。(2)將質(zhì)量百分比為2%的檸檬酸鈉2. 4g、l%氫氧化鈉6g、l. 7%蒙脫石4g加入 IOOmL去離子水中，機(jī)械攪拌直到溶解混勻,形成混合物B。(3)將50ml膠束和40ml的I mol/L硫酸亞鐵加入混合物B中，再用適量的氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH到11，于80°C水浴控溫?cái)嚢璺磻?yīng)I小時(shí)，制成磁性物質(zhì)。(4)將上述制得的磁性物質(zhì)用去離子水和乙醇洗滌、離心數(shù)次后于真空干燥箱內(nèi) 50°C真空干燥半小時(shí)，即制得磁性蒙脫石納米粒子。本發(fā)明的磁性蒙脫石，從圖I可知其飽和磁強(qiáng)度達(dá)到35emu/g，可以很好的通過磁分離技術(shù)將其從水體中分離；XRD分析其d(001)發(fā)生顯著改變，層間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，層間距比原蒙脫石擴(kuò)大了將近兩倍；BET的數(shù)據(jù)也顯示，其比表面積和孔徑分別從22. 9m2/g和
0.13cm3/g 擴(kuò)大到 55. 7m2/g 和 0. 29cm3/g。通過圖2可以看到制得的磁性蒙脫石的尺寸達(dá)到了納米級(jí)。二、處理含重金屬離子和磷的廢水
以下對(duì)重金屬(以鉻和鉛為例)和磷的吸附效果考察。(I)磁性蒙脫石納米粒子用量對(duì)吸附的作用
取50mL 10mg/L的鉻的廢液15份，用0. lmol/L的HCl和NaOH調(diào)節(jié)pH到3，向各廢液分別加入不同量(0. 5 20g/L)的磁性蒙脫石，于25°C機(jī)械攪拌30分鐘。然后lOOOOr/pm， 離心15分鐘，取上清液，用火焰原子吸收光譜檢測鉻的含量。含鉛廢液的處理方法和條件同上。處理含磷廢液時(shí)磷的濃度為2mg/L，磁性蒙脫石另入量為0. 2 2g/L，取上清液，用鑰銻抗分光光度法檢測磷的含量。結(jié)論廢液去除率隨著磁性蒙脫石納米粒子的加入量的增加而增大，對(duì)鉻的去除率最高達(dá)到55%，對(duì)鉛可到達(dá)100%，對(duì)磷的去除率可到達(dá)100%。(2)廢液初始濃度對(duì)吸附的影響
取50mL濃度分別為從I 30mg/L的鉻的廢液8份，向其中分別加入0. Ig磁性蒙脫石納米粒子，用0. lmol/L的HCl和NaOH調(diào)節(jié)pH到3，25°C機(jī)械攪拌30分鐘。然后IOOOOr/ Pm，離心15分鐘，取上清液，用火焰原子吸收光譜檢測鉻的含量。含鉛廢液的處理方法和條件同上。含磷廢液的濃度分別為I、2、3、4、5、6、7、8、9、10mg/L,向其中分別加入0. 05g磁性蒙脫石納米粒子，取上清液，用鑰銻抗分光光度法檢測磷的含量。結(jié)論廢液初始濃度在濃度為I mg/L時(shí)對(duì)重金屬的去除率達(dá)到最大，對(duì)鉻的去除率為70%，鉛可達(dá)100%，廢液初始濃度在濃度為2mg/L時(shí)對(duì)磷的最大去除率可達(dá)100%。(3)廢液初始pH值對(duì)吸附影響
取50mL 10mg/L的鉻的廢液10份，用0. lmol/L的HCl和NaOH調(diào)節(jié)pH從I 10。向廢液中分別加入0. Ig磁性蒙脫石納米粒子，25°C機(jī)械攪拌30分鐘。然后10000r/pm，離心 15分鐘，取上清液，用火焰原子吸收光譜檢測鉻的含量。含鉛廢液的處理方法和條件同上。 處理含磷廢液時(shí)磷的濃度為2mg/L，磁性蒙脫石的加入量為0. 05g，取上清液，用鑰銻抗分光光度法檢測磷的含量。結(jié)論廢液初始pH為5左右，去除率不再改變，對(duì)鉻的最大去除率為70%，鉛可達(dá) 100%，當(dāng)廢液初始pH為3右，對(duì)磷的去除率最大為100%。(4)反應(yīng)時(shí)間對(duì)吸附的影響
取50mL 10mg/L的鉻的廢液12份，用0. lmol/L的HCl和NaOH調(diào)節(jié)pH為3，分別加入
0.Ig磁性蒙脫石納米粒子，25°C機(jī)械攪拌，反應(yīng)時(shí)間從10 540分鐘，然后10000r/pm，離心15分鐘，取上清液，用火焰原子吸收光譜檢測鉻的含量。含鉛廢液的處理方法和條件同上。處理含磷廢液時(shí)磷的濃度為2mg/L，磁性蒙脫石的加入量為0. 05g，取上清液，用鑰銻抗分光光度法檢測磷的含量。結(jié)論反應(yīng)時(shí)間在180分鐘時(shí)，重金屬去除率最大，鉻達(dá)到65%，鉛達(dá)到100%，反應(yīng)時(shí)間對(duì)磷的去除率無太大影響，在40分鐘時(shí)達(dá)到100%。綜上可見，本發(fā)明的磁性蒙脫石納米粒子在用于水處理時(shí)操作簡單易行，對(duì)重金屬離子(鉻、鉛和汞)和磷的吸附劑效果很好，對(duì)鉻的去除率達(dá)70%，對(duì)鉛達(dá)到100%，對(duì)汞達(dá)100%，對(duì)磷也達(dá)到100%，且吸附效果穩(wěn)定，在多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)下均能達(dá)到此去除率。
權(quán)利要求
1.含重金屬離子或含磷的廢水的處理方法，其特征在于將含重金屬離子或含磷的廢水調(diào)節(jié)pH至3 5，加入磁性蒙脫石納米粒子，攪拌40 180分鐘后，即可除去廢水中重金屬離子或磷。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述含重金屬離子或含磷的廢水的處理方法，其特征在于所述含重金屬離子或含磷的廢水中，重金屬離子和磷含量為0. 5 3mg/L，磁性蒙脫石納米粒子的加入量為0. 2 20g/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述含重金屬離子或含磷的廢水的處理方法，其特征在于所述磁性蒙脫石納米粒子的制備方法是在水或膠束體系中，將硫酸亞鐵溶液、蒙脫石、檸檬酸鈉和氫氧化鈉攪拌混合，于80°C水浴攪拌反應(yīng)，然后離心洗滌、干燥，制得納米磁性蒙脫石粒子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述含重金屬離子或含磷的廢水的處理方法，其特征在于所述檸檬酸鈉的質(zhì)量百分比為2%，氫氧化鈉的質(zhì)量百分比為1%，蒙脫石的質(zhì)量百分比為I. 7%，硫酸亞鐵溶液的濃度為lmol/L ;所述質(zhì)量百分比為2%的檸檬酸鈉、質(zhì)量百分比為1%的氫氧化鈉、質(zhì)量百分比為I. 7%的蒙脫石、去離子水和lmol/L的硫酸亞鐵溶液的投料質(zhì)量比為 2.4 : 6 : 4 : 100 : 11。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述含重金屬離子或含磷的廢水的處理方法，其特征在于在加入硫酸亞鐵溶液時(shí)，加入由質(zhì)量百分比為9%的聚乙二醇400和水混合形成的膠束，所述聚乙二醇400和水的混合投料質(zhì)量比為I : 10 ;所述質(zhì)量百分比為2%的檸檬酸鈉、質(zhì)量百分比為 1%的氫氧化鈉、質(zhì)量百分比為I. 7%的蒙脫石、去離子水、膠束和lmol/L的硫酸亞鐵的投料質(zhì)量比為 2.4 : 6 : 4 : 50 : 50 : 11。
全文摘要
含重金屬離子或含磷的廢水的處理方法，涉及重金屬廢水處理技術(shù)領(lǐng)域。將含重金屬離子或含磷的廢水調(diào)節(jié)pH至3～5，加入磁性蒙脫石納米粒子，攪拌40～180分鐘后，即可除去廢水中重金屬離子或磷。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于大面積水域，可對(duì)水體進(jìn)行原位處理，利用磁性通過外界磁場就可將吸附劑連同磷一起與水體分離，保護(hù)了水體生態(tài)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，還可以對(duì)吸附劑進(jìn)行脫附處理后再循環(huán)利用。
文檔編號(hào)C02F101/22GK102531094SQ20121003113
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月13日
發(fā)明者劉天晴, 劉燕, 左明明 申請(qǐng)人:揚(yáng)州大學(xué)