CN103623782A - 复合磁性吸附材料的制备和去除废水中重金属离子的方法 - Google Patents

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严波
段锦
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Abstract

本发明涉及一种复合磁性吸附材料的制备和去除废水中重金属离子的方法。制备方法包括:(1)将磁种在粉磨机中细磨至亚微米的磁性颗粒;(2)将磁性颗粒、具有吸附重金属性能的高分子天然材料与溶剂混合,加入凝聚剂,混合均匀,反应后,得到球形的复合磁性产物;(3)将复合磁性产物经磁选分离、水洗、烘干,得到复合磁性吸附材料。将磁性吸附材料加入至含有重金属离子的废水中,经搅拌、吸附,反应后,用磁选机进行磁选分离吸附有重金属离子的磁性材料,回收重金属。该方法吸附材料制备简单、重金属去除率高、工艺简单、成本低、环境友好,便于工业应用。

Description

复合磁性吸附材料的制备和去除废水中重金属离子的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种复合磁性吸附材料的制备方法和应用它去除废水中重金属离子的方法。
背景技术
[0002] 我国是严重缺乏水资源的国家,人均淡水资源仅为世界平均水平的四分之一,随着人口增长和经济发展水平的提高,资源消耗量增大,环境污染加剧,导致目前我国主要河流、湖泊和地下水均出现不同程度的污染。近年来,有色冶金、电子、电镀、轻工等行业迅猛发展,为我国经济快速发展和民众生活水平的显著提高提供了重要支撑,但是不可否认,上述行业排放的重金属废水不论是从数量上还是从种类上都大大增加,对我国水、土壤、大气等环境介质的生态安全与民众的健康带来了极大威胁,与此相关的环境突发事件频发。据统计,2011年I至8月,全国就发生了 11起重金属污染事件,引发了社会的高度关注。水体重金属污染已经成为世界范围内的一大亟待解决的环境问题。如何削减和控制重金属污染一直是世界环保领域的热点问题。
[0003] 重金属污染与其他有机化合物的污染不同,不少有机化合物可以通过自然界本身物理的、化学的或生物的净化,使有害性降低或解除。而重金属很难在环境中降解。重金属废水来源于冶金、电镀、采矿、化工等部门,如矿山排水、废石场淋浸水、选矿厂尾矿排水、有色金属冶炼厂排水、有色金属加工厂酸洗水、电镀厂镀件洗涤水、钢铁厂酸洗排水,以及电解、农药、医药、油漆、颜料等工业的废水。这些重金属污染物进入大气、水,造成大气污染和水污染,最终,大部分重金属停留在土壤和河流底泥中。当环境变化时,底泥中的重金属形态将发生转化并释放造成水污染。重金属通过大气、水、食物链进入人体,使人体内的蛋白质及各种酶失去活性,并在人体的某些器官中富集,造成人体急性或慢性中毒,具有致癌、致畸及致突变作用,对人体会造成很大的危害。重金属对健康的影响通常表现为对神经系统的长期损害,以及对消化系统、泌尿系统的细胞、脏器、皮肤及骨骼的破坏。
[0004] 我国重金属污染现状令人堪忧。根据第一次全国污染源普查结果,2007年全国废水中铅、萊、镉、铬、砷等五种重金属产生量为2.54万吨,排放量897.3吨。大气中上述五种重金属污染物排放量约9500吨。列入国家危险废物名录中含上述五种重金属的危险废物产生量为1690万吨。部分地区水体和土壤存在严重的重金属超标问题,重金属土壤污染会导致农作物中重金属超标,最终影响人体健康;重金属的大气污染或水污染会导致人体健康受到损害或威胁。更为突出的是,有些重金属的污染直接导致儿童血铅超标。
[0005] 另外,环境中重金属的排放不仅会引起严重的健康问题,还会造成资源的严重浪费。因此探求一种简便快速可行的去除重金属和回收利用的方法极其重要。
[0006] 废水中重金属离子的种类、含量及其存在形态随不同生产种类而异,差异很大。目前常用的重金属废水处理方法主要包括化学沉淀法、还原法、吸附法、膜分离法、混凝法、离子交换法、电化学法等。
[0007] 化学沉淀法是目前应用最广泛的工业废水处理方法,具有简单、易操作等特点,但是它适用于重金属初始浓度较高的废水,对浓度较低的重金属废水的去除效率偏低,且易产生大量的污泥;还原法一般只用作废水的预处理;物理化学吸附法适用于处理重金属浓度偏低的废水,由于某些吸附剂价格偏高,制约了物理化学吸附法的使用;生物吸附法因其具有经济高效、较少二次污染等特点,已成为公认具有发展潜力的方法;膜分离技术作为一种新型、高效的水处理技术受到普遍重视,但是膜分离技术的成本高、通量小、操作过程复杂等特点限制了其在重金属废水处理领域的广泛应用;混凝是废水处理中最常用的方法,但混凝过程中会产生大量的污泥,在处理重金属废水时一般用其他处理方法联用;离子交换法的选择性高,可去除多种重金属,但离子交换树脂的价格偏高,树脂再生时运行费用较高,因此很少用在大规模的废水处理工程中;电化学法设备体积小、占地少,不会或很少产生二次污染,但存在着能耗大、成本高、副反应多的不足。综上所述,处理重金属废水的方法有很多种,这些方法各有各的优缺点,也由于在成本、效率、复杂性及造成二次污染方面有其局限性。而吸附作为一种去除水中重金属污染的简单经济方法被广泛应用。因此各种吸附剂的选择决定着吸附剂的可行性,在这方面已开发了许多新的吸附剂,但因它的复杂、繁琐的液固分离而使其应用受到限制。
发明内容
[0008] 本发明的目的在于提供一种复合磁性吸附材料的制备和应用它去除废水中重金属尚子的方法。
[0009] 本发明采用廉价、资源丰富的天然材料和磁性材料为原料,经过简单制备就可得到复合磁性吸附材料,此吸附材料吸附容量大、吸附速度快,在较短时间内能吸附水中大量的金属污染物,在外部磁场作用下,能够快速分离,不会产生二次污染,同时实现有价的被吸附物(金属)的回收利用,也可实现吸附剂的再生利用。因此,不仅具有良好的环境效益,同时可提高金属的回收利用,具有良好的经济效益。
[0010] 为实现上述目的,采用以下技术方案:
[0011] 一种复合磁性吸 附材料的制备方法,包括以下步骤:
[0012] ( I)将磁种在粉磨机中细磨至亚微米的磁性颗粒;
[0013] (2)将磁性颗粒、具有吸附重金属性能的高分子天然材料与溶剂混合,加入凝聚剂,混合均匀,反应后,得到球形的复合磁性产物;
[0014] (3)将复合磁性产物经磁选分离、水洗、烘干,得到复合磁性吸附材料。
[0015] 步骤(1)中,所述的磁种是磁性稀土材料、天然的磁铁矿、人造磁性颗粒的一种;所述的磁性颗粒的粒径是0.1~1.0 μ m。
[0016] 步骤(2)中,高分子天然材料可为壳聚糖、沸石、膨润土、硅藻土中的一种或二种以上;所述高分子天然材料的粒径小于74 μ m。
[0017] 所述的磁性颗粒与高分子天然材料之间的质量比为1:0.1~10。
[0018] 所述的溶剂包括水、乙酸、乙醇中一种或二种以上,所述的凝聚剂为煤油、硬脂酸、油酸钠、C16~C18的醇和C18以上的长链烷中一种或二种以上。C18以上的长链烷可优选C18~C30的长链烷。
[0019] 所述的磁性颗粒与溶剂之间的质量比为1:20-1000,所述的磁性颗粒与凝聚剂之间的质量比为I:0.1~5范围。[0020] 所述反应的温度为20~100°C,反应时间为0.5~2小时。
[0021] 步骤(3)中,所述的磁选分离采用弱磁选机,磁场强度为500Gs~2000Gs。
[0022] 在复合磁性吸附材料的制备过程中,将具有吸附重金属性能的高分子天然材料通过物理或化学作用包裹在亚微米的磁性颗粒上,物理或化学作用包括混合作用、凝聚作用、吸附作用、包覆作用、范德华作用、化学键作用、液桥作用中一种或二种以上。
[0023] 本发明提供了一种去除废水中重金属离子的方法,即将本发明制备的复合磁性吸附材料应用于去除废水中重金属离子,包括将本发明方法制备的复合磁性吸附材料加入至含有重金属离子的废水中,经搅拌、吸附,反应后,进行磁性分选,从废水中分离出吸附有重金属离子的磁性吸附材料,回收重金属;废水中重金属离子包括铜离子、铬离子、镍离子、铅离子、锌离子、汞离子、砷离子、镉离子中的一种或二种以上。
[0024] 所述的吸附包括多级逆流吸附;所述的磁性分选采用的设备包括弱磁选机、中磁磁选机的一种。
[0025] 本发明的去除重金属离子方法,其优点在于:吸附材料制备简单,可循环使用,制备原料易得成本低,采用磁选液固分离方便,减少了二次污染,易于工业应用,可做到环境友好和清洁生产,应用前景广阔,具有重要的经济和环保意义。
[0026] 本发明方法材料制备简单、重金属去除率高、工艺简单、成本低、环境友好,便于工业应用。
[0027] 下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明,但并不意味着对本发明保护范围的限制。
附图说明
[0028] 图1为本发明去除废水中重金属离子的方法的工艺流程框图。
具体实施方式
[0029] 如图1所示,为本发明去除废水中重金属离子的方法的工艺流程。首先制备复合磁性吸附材料,将其作为吸附剂加入到重金属废水中,进行选择性吸附,然后进行磁选分离,分离出达标排放水,吸附有重金属离子的磁性材料进一步进行解吸附,回收得到重金属,磁性材料经过再生,再作为吸附剂使用。
[0030] 实施例1
[0031] 磁铁矿在粉磨机中细磨一定时间,制备成平均粒径0.8 μ m的亚微米级磁性颗粒粉体。将制备好的上述磁性微粒置于三口烧瓶中,加入壳聚糖、煤油和水,磁性微粒••壳聚糖:煤油:水(质量比)=1:5:0.1:1000,恒温70°C,搅拌反应IOOmin0用磁选法分离出磁性物并用去离子水清洗3-5次,真空干燥,得到复合磁性吸附材料。
[0032] 实施例2
[0033] 磁铁矿在粉磨机中细磨一定时间,制备成平均粒径0.8 μ m的亚微米级磁性颗粒粉体。将制备好的上述磁性微粒置于三口烧瓶中,加入壳聚糖、煤油和水,磁性微粒••壳聚糖:煤油:水(质量比)=1:10:0.1:1000,恒温70°C,搅拌反应IOOmin0用磁选法分离出磁性物并用去离子水清洗3-5次,真空干燥,得到复合磁性吸附材料。
[0034] 实施例3[0035] 磁铁矿在粉磨机中细磨一定时间,制备成平均粒径0.8 μ m的亚微米级磁性颗粒粉体。将制备好的上述磁性微粒置于三口烧瓶中,加入壳聚糖、煤油和水,磁性微粒••壳聚糖:煤油:水(质量比)=1:0.1:0.1:1000,恒温90°C,搅拌反应30min。用磁选法分离出磁性物并用去离子水清洗3-5次,真空干燥,得到复合磁性吸附材料。
[0036] 实施例4
[0037] 磁铁矿在粉磨机中细磨一定时间,制备成平均粒径0.8 μ m的亚微米级磁性颗粒粉体。将制备好的上述磁性微粒置于三口烧瓶中,加入壳聚糖、煤油和水,磁性微粒••壳聚糖:煤油:水(质量比)=1:5:1:1000,恒温25°C,搅拌反应120min。用磁选法分离出磁性物并用去离子水清洗3-5次,真空干燥,得到复合磁性吸附材料。
[0038] 实施例5
[0039] 磁铁矿在粉磨机中细磨一定时间,制备成平均粒径0.8 μ m的亚微米级磁性颗粒粉体。将制备好的上述磁性微粒置于三口烧瓶中,加入壳聚糖、煤油和水,磁性微粒••壳聚糖:煤油:水(质量比)=1:5:5:200,恒温70°C,搅拌反应lOOmin。用磁选法分离出磁性物并用去离子水清洗3-5次,真空干燥,得到复合磁性吸附材料。
[0040] 实施例6
[0041] 磁铁矿在粉磨机中细磨一定时间,制备成平均粒径0.8 μ m的亚微米级磁性颗粒粉体。将制备好的上述磁性微粒置于三口烧瓶中,加入壳聚糖、煤油和水,磁性微粒••壳聚糖:硬脂酸:水(质量比)=1:5:0.1:20,恒温70°C,搅拌反应lOOmin。用磁选法分离出磁性物并用去离子水清洗3-5次,真空干燥,得到复合磁性吸附材料。
[0042] 实施例7`[0043] 磁铁矿在粉磨机中细磨一定时间,制备成平均粒径0.8 μ m的亚微米级磁性颗粒粉体。将制备好的上述磁性微粒置于三口烧瓶中,将壳聚糖在乙酸中溶解,与煤油和水一同加入至三口瓶中,磁性微粒:壳聚糖:煤油:(乙酸+水)(质量比)=1:5:0.1:100,恒温70°C,搅拌反应lOOmin。用磁选法分离出磁性物并用去离子水清洗3-5次,真空干燥,得到复合磁性吸附材料。
[0044] 实施例8
[0045] 稀土合金磁性粉末和膨润土 (质量比1:10)在粉磨机中细磨一定时间,制备成平均粒径0.8μπι的亚微米级粉体。将制备好的上述微粒置于三口烧瓶中,加入十八醇和水,磁性微粒:十八醇:水(质量比)=1:1:100,恒温70°C,搅拌反应30min。用磁选法分离出磁性物并用去离子水清洗3-5次,真空干燥,得到复合磁性吸附材料。
[0046] 在实施例1-8中,高分子天然材料的粒径均优选小于74 μ m。磁选法分离采用弱磁选机,磁场强度在500Gs~2000Gs之间。
[0047] 实施例9
[0048] 取500ml含Ni2+28.71mg/L的电镀废水,然后分别加入4~5g按以上实施例1-8制备的复合磁性吸附材料,在转速120rpm,温度25°C的恒温水浴磁力搅拌器中吸附30min,用磁铁分离出吸附有Ni2+的复合磁性吸附材料,分离后的溶液用原子吸收分光光度计测定其中Ni2+浓度为< 2mg/L,达到国家排放标准。
[0049] 实施例10
[0050] 取500ml含Cr6+IOOlmg/L的电镀废水,然后分别加入3g按以上实施例1_8制备的复合磁性吸附材料,在转速120rpm,温度25°C的恒温水浴磁力搅拌器中吸附80min,用磁铁分离出吸附Cr6+的复合磁性吸附材料,分离后的溶液用原子吸收分光光度计测定其中Cr6+浓度,含铬电镀废水铬的去除率可达96%以上。
[0051] 实施例11
[0052] 取500ml含Cd2+261mg/L的电镀废水,然后分别加入3g按以上实施例1_8制备的复合磁性吸附材料,在恒温水浴磁力搅拌器中吸附,条件为PH=5.5、温度25°C、吸附时间20min,用磁铁分离出溶液中吸附有Cd2+的复合磁性吸附材料,分离后的溶液用原子吸收分光光度计测定其中Cd2+浓度,含铬电镀废水铬的去除率可达96%。
[0053] 实施例12
[0054] 取5000ml含Cr、Cu浓度分别为60mg/L、5mg/L的电镀废水,分别加入50g按以上实施例1-8制备的复合磁性吸附材料,在恒温水浴磁力搅拌器中吸附,条件为温度25°C、多级逆流吸附、吸附时间lh,用弱磁选机分离出溶液中吸附有Ni2++的复合磁性吸附材料,分离后的溶液用原子吸收分光光度计测定其中Cr6+浓度,废水中铬、铜的去除率分别为92%和99%。
[0055] 实施例1-8制备的复合磁性吸附材料,在处理含铅离子、锌离子、汞离子、砷离子等重金属离子的废水时,重金属去除率也可以达到90%以上,获得显著的效果。在处理时,可选择使用多级逆流吸附,磁性分选采用的设备可为弱磁选机或中磁磁选机。
[0056]由以上的实施例可以看到,本发明的吸附材料制备简单、重金属去除率高、工艺简单、成本低、环境友好,便于工业应用。

Claims (10)

1.一种复合磁性吸附材料的制备方法,包括以下步骤: (1)将磁种在粉磨机中细磨至亚微米的磁性颗粒; (2)将磁性颗粒、具有吸附重金属性能的高分子天然材料与溶剂混合,加入凝聚剂,混合均匀,反应后,得到球形的复合磁性产物; (3)将复合磁性产物经磁选分离、水洗、烘干,得到复合磁性吸附材料。
2.根据权利要求1所述的复合磁性吸附材料的制备方法,其特征在于:所述的磁种为磁性稀土材料、磁铁矿或人造磁性颗粒;所述的高分子天然材料为壳聚糖、沸石、膨润土和硅藻土中的一种或二种以上。
3.根据权利要求1所述的复合磁性吸附材料的制备方法,其特征在于:所述的磁性颗粒的粒径是0.1~1.0 μ m,所述高分子天然材料的粒径小于74 μ m。
4.根据权利要求1所述的复合磁性吸附材料的制备方法,其特征在于:所述的溶剂为水、乙酸和乙醇中一种或二种以上,所述的凝聚剂为煤油、硬脂酸、油酸钠、C16~C18的醇和C18以上的长链烷中一种或二种以上。
5.根据权利要求1所述的复合磁性吸附材料的制备方法,其特征在于:所述的磁性颗粒与高分子天然材料之间的质量比为1:0.1~10 ;所述的磁性颗粒与溶剂之间的质量比为1:20-1000,所述的磁性颗粒与凝聚剂之间的质量比为1:0.1~5。
6.根据权利要求1所述的复合磁性吸附材料的制备方法,其特征在于:所述反应的温度为20~100°C,反应时间为0.5~2小时。
7.根据权利要求1所述的复合磁性吸附材料的制备方法,其特征在于:所述的磁选分离米用弱磁选机,磁场强度为500Gs~2000Gs。
8.—种去除废水中重金属离子的方法,其特征在于:包括将权利要求1-7中所述的制备方法所得到的复合磁性吸附材料,加入至含有重金属离子的废水中,经搅拌、吸附,反应后,进行磁性分选,从废水中分离出吸附有重金属离子的磁性吸附材料,回收重金属。
9.根据权利要求8所述的去除废水中重金属离子的方法,其特征在于:所述的吸附为多级逆流吸附,所述的磁性分选采用的设备为弱磁选机或中磁磁选机。
10.根据权利要求8所述的去除废水中重金属离子的方法,其特征在于:所述的重金属离子包括铜离子、铬离子、镍离子、铅离子、锌离子、汞离子、砷离子和镉离子中的一种或二种以上。
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