CN103447010B - 一种用于水体系中去除微量汞的改性聚乙烯醇-壳聚糖微球除汞吸附剂 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种用于水体系中去除微量汞的改性聚乙烯醇-壳聚糖微球除汞吸附剂。该吸附剂采用聚乙烯醇与壳聚糖混合作为基体，并且在基体表面沉积溴化物以及二氧化钛进行改性得到，它不仅能保证吸附剂具有足够的力学强度和尺寸稳定性等物理与力学性能，而且它能显著提高其对汞离子的吸附性能，尤其是在微/痕量汞离子环境下对汞离子的有效吸收性能，并且该吸附剂的制备方法简便易行，合成效率高，应用范围广泛。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种用于水体系中去除微量汞的改性聚乙烯醇-壳聚糖微球除汞吸附剂。
背景技术
汞是毒性很大的重金属，如不妥善处理，会给水生动物以及人类的健康造成很大的危害，因此国家废水排放标准（GB15581-95）对汞排放有严格的要求，同时汞污染也已日益受到国际社会的高度重视，国际汞公约也对汞的使用与排放有更严格的约束。
传统的含汞废水的处理方法主要有化学沉淀法、金属还原法、吸附法、离子交换法、膜分离法、微生物法等。
化学沉淀法是应用较普遍的一种含汞废水的处理方法，该法具有工艺简单、操作方便、经济实用等优点。常见的沉淀剂为石灰、硫化物、聚合硫酸铁、碳酸盐，以及它们的混合物。化学沉淀法易于快速去除大量的汞金属离子，但由于受沉淀剂和环境条件的影响，出水浓度往往达不到排放要求，因此还需进一步处理，产生的沉淀物必须很好的处理处置，否则会造成二次污染。
离子交换法处理含汞废水，净化程度高，无二次污染，但该法受废水中杂质的影响以及交换剂品种、产量和成本的限制。
电渗析是膜分离技术的一种，它是在直流电场作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的淡化、浓缩、精制或纯化的目的。
吸附法是利用多孔性的固体物质，使水中的一种或多种物质被吸附在固体 表面而除去的方法。可用于处理含汞废水的吸附剂有：活性炭、风化煤、磺化煤、高炉矿渣、沸石、壳聚糖、硅藻土、改良纤维、活性氧化铝、蛋壳等。吸附法具有去除率高、设备相对简单等特点。吸附剂处理含汞废水的控制条件比较多，如吸附剂的粒度、吸附剂的添加量、废水的成分、废水的含铬浓度、pH值、吸附时间等。因此，仍然需要开发高效、成本低廉和使用方便的吸附剂材料体系及其制备技术。
目前，采用改性聚乙烯醇-壳聚糖微球作为除汞吸附剂在国内外还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种制备工艺简单、无二次污染、除汞能力强的改性聚乙烯醇-壳聚糖微球除汞吸附剂。
本发明提供的改性聚乙烯醇-壳聚糖微球除汞吸附剂，由下述方法制备获得：
（1）配制质量比为5～10％的壳聚糖乙酸溶液，以及质量比为5～10％的聚乙烯醇水溶液，然后将上述两种溶液按壳聚糖∶聚乙烯醇＝1∶1-2的质量比混合在一起搅匀，然后在搅拌状态下加入表面活性剂，再搅拌约1-2h，升温至60-80℃，继续反应4-8小时，降低搅拌速度，加入溶液重量5～10％的20％戊二醛水溶液，反应3～12小时，经过滤、洗涤，制备得聚乙烯醇-壳聚糖微球吸附剂基体；
（2）将可溶性溴盐配制成0.5-1mol/L的水溶液作为改性剂，对步骤（1）得到的聚乙烯醇-壳聚糖微球吸附剂基体进行浸渍，其中改性剂与基体的质量比为10-20：100，浸渍时间为12-24h，然后在100-120℃下干燥，得到中间成品；
（3）将纳米二氧化钛溶于乙醇中形成悬浮溶液，将步骤（2）得到的中间成品浸渍于纳米二氧化钛悬浮溶液中，其中二氧化钛与中间成品的质量比为5-20：100，搅拌12-18h，然后在100-120℃下烘干固化5-10h，得到改性聚乙烯 醇-壳聚糖微球作为除汞吸附剂。
更进一步的，所述的表面活性剂为非离子型表面活性剂，优选为吐温80。
更进一步的，所述的表面活性剂的加入量为混合溶液质量的10-15%。
更进一步的，所述的可溶性溴盐为溴化钾或溴化钠。
更进一步的，所述的二氧化钛的晶型为锐钛矿型与金红石型的混合物，其重量比为1：1。
本发明提出的改性聚乙烯醇-壳聚糖微球除汞吸附剂，它不仅能保证吸附剂具有足够的力学强度和尺寸稳定性等物理与力学性能，而且它能显著提高其对汞离子的吸附性能，尤其是在微/痕量汞离子环境下对汞离子的有效吸收性能，并且该吸附剂的制备方法简便易行，合成效率高，应用范围广泛。
本发明的优点在于：（1）该吸附剂采用聚乙烯醇与壳聚糖混合作为基体，并且在基体表面沉积溴化物以及二氧化钛进行改性，尝试新的基体材料，并利用溴化物与二氧化钛共同协同吸附微量汞，取得了很好的吸附效果，显著提高其对汞离子的吸附性能，尤其是在微/痕量汞离子环境下对汞离子的有效吸收性能，汞的去除率在99%以上；（2）本发明的制备方法具有工艺简便、生产效率高、成本低廉等优点，可应用于浓度范围更广泛的含汞废水的处理领域。
本发明所制备的改性聚乙烯醇-壳聚糖微球除汞吸附剂吸附汞离子吸附容量和去除率，采用静态吸附法检测，步骤如下：
室温下，称取0.5g样品投入100ml锥形瓶中，该锥形瓶再分别加入25mL不同浓度Co下的汞离子溶液（0.1g/L、0.5g/L、1g/L、5g/L、10g/L、20g/L），调解pH值为7，在室温下搅拌吸附45分钟，过滤，用意大利DMA-80测汞仪测出稀释测定液中Hg2+的浓度C1。根据式（1）和（2）分别计算吸附剂的吸附容量Q（mg/g）和去除率q（％）。
Q＝（Co-C1）*25/0.5 （1）
q＝（Co-C1）*100％/Co （2）
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明：
实施例1
配制质量比为5％的壳聚糖乙酸溶液，以及质量比为5％的聚乙烯醇水溶液，然后将上述两种溶液按壳聚糖∶聚乙烯醇＝1∶1的质量比混合在一起搅匀，然后在搅拌状态下加入吐温80，加入量为混合溶液质量的10%，再搅拌约1h，升温至60℃，继续反应4小时，降低搅拌速度，加入溶液重量5％的20％戊二醛水溶液，反应3小时，经过滤、洗涤，制备得聚乙烯醇-壳聚糖微球吸附剂基体；
（2）将溴化钾配制成1mol/L的水溶液作为改性剂，对步骤（1）得到的聚乙烯醇-壳聚糖微球吸附剂基体进行浸渍，其中改性剂与基体的质量比为10：100，浸渍时间为12h，然后在100℃下干燥，得到中间成品；
（3）将纳米二氧化钛溶于乙醇中形成悬浮溶液，将步骤（2）得到的中间成品浸渍于纳米二氧化钛悬浮溶液中，其中二氧化钛与中间成品的质量比为5：100，搅拌12h，然后在100℃下烘干固化10h，得到改性聚乙烯醇-壳聚糖微球作为除汞吸附剂。
经静态吸附法检测，该吸附剂对25mL初始浓度为0.1g/L的硝酸汞吸附45分钟，测得其残余汞离子浓度分别为1.0mg/L，其吸附容量分别为4.95mgHg/g吸附剂，去除率分别为99.0％。
经静态吸附法检测，该吸附剂对25mL初始浓度为20g/L的硝酸汞吸附45分钟，测得其残余汞离子浓度分别为180.0mg/L，其吸附容量分别为991.0mgHg/g 吸附剂，去除率分别为99.1％。
实施例2
（1）配制质量比为10％的壳聚糖乙酸溶液，以及质量比为10％的聚乙烯醇水溶液，然后将上述两种溶液按壳聚糖∶聚乙烯醇＝1∶2的质量比混合在一起搅匀，然后在搅拌状态下加入吐温80，加入量为混合溶液质量的15%，再搅拌约2h，升温至80℃，继续反应6小时，降低搅拌速度，加入溶液重量8％的20％戊二醛水溶液，反应6小时，经过滤、洗涤，制备得聚乙烯醇-壳聚糖微球吸附剂基体；
（2）将溴化钠配制成0.5mol/L的水溶液作为改性剂，对步骤（1）得到的聚乙烯醇-壳聚糖微球吸附剂基体进行浸渍，其中改性剂与基体的质量比为20：100，浸渍时间为15h，然后在120℃下干燥，得到中间成品；
（3）将纳米二氧化钛溶于乙醇中形成悬浮溶液，二氧化钛的晶型为锐钛矿型与金红石型的混合物，其重量比为1：1，将步骤（2）得到的中间成品浸渍于纳米二氧化钛悬浮溶液中，其中二氧化钛与中间成品的质量比为10：100，搅拌15h，然后在120℃下烘干固化8h，得到改性聚乙烯醇-壳聚糖微球作为除汞吸附剂。
经静态吸附法检测，该吸附剂对25mL初始浓度为0.1g/L的硝酸汞吸附45分钟，测得其残余汞离子浓度分别为0.70mg/L，其吸附容量分别为4.97mgHg/g吸附剂，去除率分别为99.3％。
经静态吸附法检测，该吸附剂对25mL初始浓度为20g/L的硝酸汞吸附45分钟，测得其残余汞离子浓度分别为150.0mg/L，其吸附容量分别为992.5mgHg/g吸附剂，去除率分别为99.3％。
Claims (6)
1.一种用于水体系中去除微量汞的改性聚乙烯醇-壳聚糖微球除汞吸附剂，由下述方法制备获得：
(1)配制质量比为5～10％的壳聚糖乙酸溶液，以及质量比为5～10％的聚乙烯醇水溶液，然后将上述两种溶液按壳聚糖∶聚乙烯醇＝1∶1-2的质量比混合在一起搅匀，然后在搅拌状态下加入表面活性剂，再搅拌1-2h，升温至60-80℃，继续反应4-8小时，降低搅拌速度，加入溶液重量5～10％的20％戊二醛水溶液，反应3～12小时，经过滤、洗涤，制备得聚乙烯醇-壳聚糖微球吸附剂基体；
(2)将可溶性溴盐配制成0.5-1mol/L的水溶液作为改性剂，对步骤(1)得到的聚乙烯醇-壳聚糖微球吸附剂基体进行浸渍，其中改性剂与基体的质量比为10-20：100，浸渍时间为12-24h，然后在100-120℃下干燥，得到中间成品；
(3)将纳米二氧化钛溶于乙醇中形成悬浮溶液，将步骤(2)得到的中间成品浸渍于纳米二氧化钛悬浮溶液中，其中二氧化钛与中间成品的质量比为5-20：100，搅拌12-18h，然后在100-120℃下烘干固化5-10h，得到改性聚乙烯醇-壳聚糖微球作为除汞吸附剂。
2.根据权利要求1所述的除汞吸附剂，其特征在于所述的表面活性剂为非离子型表面活性剂。
3.根据权利要求2所述的除汞吸附剂，其特征在于所述的表面活性剂为吐温80。
4.根据权利要求1所述的除汞吸附剂，其特征在于所述的表面活性剂的加入量为混合溶液质量的10-15％。
5.根据权利要求1所述的除汞吸附剂，其特征在于所述的可溶性溴盐为溴化钾或溴化钠。
6.根据权利要求1所述的除汞吸附剂，其特征在于所述的二氧化钛的晶型为锐钛矿型与金红石型的混合物，其重量比为1：1。
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| CN201310465468.3A Active CN103447010B (zh) | 2013-10-08 | 2013-10-08 | 一种用于水体系中去除微量汞的改性聚乙烯醇-壳聚糖微球除汞吸附剂 |
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Citations (6)
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| CN101077795A (zh) * | 2006-05-22 | 2007-11-28 | 北京化工大学 | 复合生物吸附剂及其制备方法 |
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| CN102430398A (zh) * | 2011-10-25 | 2012-05-02 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | 一种复合型汞离子吸附剂及其制备方法 |
| CN103041783A (zh) * | 2012-12-18 | 2013-04-17 | 陕西宣和通科技发展有限责任公司 | 壳聚糖-Ti02吸附剂的制备方法 |
| CN103272567A (zh) * | 2013-05-16 | 2013-09-04 | 马玉山 | 用于脱除烟气中汞的吸附剂及其制备方法 |
-
2013
- 2013-10-08 CN CN201310465468.3A patent/CN103447010B/zh active Active
Patent Citations (6)
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Non-Patent Citations (3)
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| 新型改性吸附剂制备、表征及脱除单质汞的实验研究;张安超等;《化工学报》;20090630;第60卷(第6期);1547页1.1吸附剂制备（2），1550页2.3脱汞效率分析 * |
| 纳米絮凝剂在废水处理中研究与应用进展;朱富坤等;《江苏环境科技》;20071231;第20卷(第6期);61页第2栏第2段 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103447010A (zh) | 2013-12-18 |
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