CN103641226A - 一种重金属污水处理剂及其制备方法 - Google Patents

一种重金属污水处理剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于污水处理剂技术领域,尤其涉及一种重金属污水处理剂及其制备方法,所述重金属污水处理剂包括以下重量份的原料:氨基三甲叉膦酸0.5~2份、乙二醇二乙醚二胺四乙酸1~5份、聚丙烯酸钠10~20份、二乙烯三胺五乙酸五钠5~15份、聚天冬氨酸10~20份、淀粉黄原酸酯20~30份、石墨烯纳米层/MnO2复合物3~6份、交联累托石15~20份、聚合氯化铝10~30份、壳聚糖-石墨烯复合材料5~10份、余量为去离子水;本发明的重金属污水处理剂纯度高,无毒性,对操作工人无影响,处理后水无二次污染等问题。

Description

一种重金属污水处理剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域,尤其涉及一种重金属污水处理剂及其制备方法。
背景技术
我国是一个水资源短缺的国家,人均水资源量仅为世界的1/4,而且水资源的分布严重不均,如何缓解水资源匮乏以及污染等问题已经成为一个刻不容缓的问题。要解决缺水问题,除开源节流、综合利用以外,治污已逐渐成为我国必须长期坚持的基本原则之一。
目前,世界各国重金属废水处理方法主要有三类:第一类是废水中重金属离子通过发生化学反应除去的方法,包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体共沉淀法、化学还原法、电化学还原法和高分子重金属捕集剂法等。第二类是使废水中的重金属在不改变其化学形态的条件下进行吸附、浓缩、分离的方法,包括吸附、溶剂萃取、蒸发和凝固法、离子交换和膜分离等。第三类是借助微生物或植物的絮凝、吸收、积累、富集等作用去除废水中重金属的方法,其中包括生物絮凝、生物化学法和植物生态修复等。
但是,现有的重金属废水处理剂存在处理成本较高、存在二次污染的缺点,处理效果有待提高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足提供一种环保,降低成本且性能稳定的重金属污水处理剂。
本发明的另一目的是针对现有技术的不足提供一种环保,降低成本且性能稳定的重金属污水处理剂的制备方法。
本发明是通过以下技术方案来实现的。
一种重金属污水处理剂,所述重金属污水处理剂包括以下重量份的原料:氨基三甲叉膦酸0.5~2份、乙二醇二乙醚二胺四乙酸1~5份、聚丙烯酸钠10~20份、二乙烯三胺五乙酸五钠5~15份、聚天冬氨酸10~20份、淀粉黄原酸酯20~30份、石墨烯纳米层(GNS)/MnO2复合物3~6份、交联累托石15~20份、聚合氯化铝10~30份、壳聚糖-石墨烯复合材料5~10份、余量为去离子水。
其中,所述重金属污水处理剂包括以下重量份的原料:氨基三甲叉膦酸0.5~1份、乙二醇二乙醚二胺四乙酸1~3份、聚丙烯酸钠15~20份、二乙烯三胺五乙酸五钠5~9份、聚天冬氨酸10~14份、淀粉黄原酸酯25~30份、石墨烯纳米层(GNS)/MnO2复合物3~4份、交联累托石15~18份、聚合氯化铝20~30份、壳聚糖-石墨烯复合材料5~7份、余量为去离子水。
其中,所述重金属污水处理剂包括以下重量份的原料:氨基三甲叉膦酸1~2份、乙二醇二乙醚二胺四乙酸3~5份、聚丙烯酸钠10~15份、二乙烯三胺五乙酸五钠9~15份、聚天冬氨酸14~20份、淀粉黄原酸酯20~25份、石墨烯纳米层(GNS)/MnO2复合物5~6份、交联累托石18~20份、聚合氯化铝10~20份、壳聚糖-石墨烯复合材料8~10份、余量为去离子水。
其中,所述重金属污水处理剂包括以下重量份的原料:氨基三甲叉膦酸1.5份、乙二醇二乙醚二胺四乙酸3份、聚丙烯酸钠16份、二乙烯三胺五乙酸五钠10份、聚天冬氨酸15份、淀粉黄原酸酯25份、石墨烯纳米层(GNS)/MnO2复合物4份、交联累托石18份、聚合氯化铝20份、壳聚糖-石墨烯复合材料8份、余量为去离子水。
其中,所述重金属污水处理剂包括以下重量份的原料:氨基三甲叉膦酸1.5份、乙二醇二乙醚二胺四乙酸2份、聚丙烯酸钠18份、二乙烯三胺五乙酸五钠9份、聚天冬氨酸16份、淀粉黄原酸酯22份、石墨烯纳米层(GNS)/MnO2复合物3份、交联累托石17份、聚合氯化铝23份、壳聚糖-石墨烯复合材料5份、余量为去离子水。
进一步地,所述重金属污水处理剂还包括过硫酸钠6~15重量份。
进一步地,所述重金属污水处理剂还包括膨润土10~20重量份。
一种重金属污水处理剂的制备方法,所述制备步骤如下:
A、按照重量份量取原料,打开容器,加入去离子水;
B、加入石墨烯纳米层(GNS)/MnO2复合物、壳聚糖-石墨烯复合材料,超声波震动10~20分钟;优选地,超声波频率为1000W~2000W;
C、将氨基三甲叉膦酸、乙二醇二乙醚二胺四乙酸、聚丙烯酸钠、二乙烯三胺五乙酸五钠、聚天冬氨酸、淀粉黄原酸酯加入容器中,每种原料添加均间隔3~5分钟,边添加边搅拌;
D、将交联累托石、聚合氯化铝加入容器中,搅拌10~15分钟;制得重金属污水处理剂。
优选地,所述步骤C具体为:将氨基三甲叉膦酸、乙二醇二乙醚二胺四乙酸、聚丙烯酸钠、二乙烯三胺五乙酸五钠、聚天冬氨酸、淀粉黄原酸酯、过硫酸钠加入容器中,每种原料添加均间隔3~5分钟,边添加边搅拌。
优选地,所述步骤C具体为:将氨基三甲叉膦酸、乙二醇二乙醚二胺四乙酸、聚丙烯酸钠、二乙烯三胺五乙酸五钠、聚天冬氨酸、淀粉黄原酸酯、膨润土加入容器中,每种原料添加均间隔3~5分钟,边添加边搅拌。
氨基三亚甲基膦酸(ATMP)具有良好的螯合、低限抑制及晶格畸变作用。可阻止水中成垢盐类形成水垢,特别是碳酸钙垢的形成。ATMP在水中化学性质稳定,不易水解。在水中浓度较高时,有良好的缓蚀效果。ATMP在200℃以下具有优良的阻止碳酸盐垢的作用,其稳定性好,并能与多种金属离子形成稳定的络合物,当投加剂量超过40ppm时,还具有很好的缓蚀性能;用于工业水处理,是一种高效稳定剂,具有良好的螯合、低限抑制、晶格畸变等作用。
聚丙烯酸钠为聚丙烯酸的衍生物,能与水中的金属离子,如钙、镁等形成稳定的络合物,对碳酸盐、金属氧化物具有优良的分散作用。聚丙烯酸钠阻止碳酸钙垢的性能明显优于其它的阻垢分散剂;聚丙烯酸钠为白色粉末、无臭无味、吸湿性极强,具有亲水和疏水基团的高分子化合物,缓慢溶于水形成极粘稠的透明液体,其0.5%溶液的粘度约Pa.s,粘度约为CMC、海藻酸钠的15-20倍,遇二价以上金属离子(如铝、铅、铁、钙、镁、锌)形成其不溶性盐,引起分子交联而凝胶化沉淀。
聚天冬氨酸(PASP)属于聚氨基酸中的一类。聚天冬氨酸因其结构主链上的肽键易受微生物、真菌等作用而断裂,最终降解产物是对环境无害的氨、二氧化碳和水。因此,聚天冬氨酸是生物降解性好的、环境友好型化学品。聚天冬氨酸(PASP)为水溶性聚合物,是一种新型绿色水处理剂,具有无磷、无毒、无公害和可完全生物降解的特性。对离子有极强的螯合能力,具有缓蚀与阻垢双重功效,对碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、磷酸钙等成垢盐类具有良好的阻垢效果,对碳酸钙的阻垢率可达100%。PASP可替代含磷的水处理剂,以避免水体的富营养化和排放二次污染。作为水处理剂,它的主要作用是阻垢和/或分散,兼有缓蚀作用。作为阻垢剂,特别适合于抑制冷却水、锅炉水及反渗透处理中的碳酸钙垢、硫酸钙垢、硫酸钡垢和磷酸钙垢的形成。对碳酸钙的阻垢率可达100%。
淀粉黄原酸酯(1SX),是一种重金属高效脱除剂,能与许多重金属离子生成络合物,当浓度低于100毫克/升的重金属溶液,用1SX作脱除剂处理的效果很好。
石墨烯纳米层(GNS)/MnO2复合物(GNS/MnO2)在去除污水中的重金属离子效果好,去除废水中Ni2+、Pb2+和Cu2+三种重金属离子的效果更佳,GNS作为载体,增大了吸附剂的比表面积,MnO2起主要的吸附作用,5次重复使用之后,GNS/MnO2的吸附能力还能恢复到91%,有很好的再生能力。
交联累托石是利用累托石粘土的阳离子交换性能,选择交联剂如聚合羟基金属阳离子或者氧化物等,使累托石粘土可膨胀间层被交联剂柱撑开而获得更大的层间距,改善天然累托石的性能。交联累托石结构稳定,不发生膨胀,具有较大的比表面积、离子交换容量和微孔孔径而且具有热稳定性好、表面酸性强等特点,吸附能力增大70%以上,具有较大的层厚度,是一种性能优异的催化剂和吸附剂。
聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂,又被简称为聚铝,英文缩写为PAC,由于氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用而生产的分子量较大、电荷较高的无机高分子水处理药剂。
壳聚糖-石墨烯复合材料具有较大的比表面积和独特的介孔结构,壳聚糖-石墨烯复合材料的双倍螺旋结构、壳聚糖和石墨烯之间的静电作用、氢键作用和范德华力都增强了对金属离子的去除能力。
同时,壳聚糖来源广泛、无二次污染、无味、耐碱、耐热、耐腐蚀等特点,并且在壳聚糖线形分子链上含有多个羟基和氨基,可与金属离子M2+螯合成稳定的内络盐,使之可去除水中多种有害金属离子。另一方面,-NH2可与水中H+加质子化形成阳离子型聚电解质,通过静电吸引和吸附将水中的粗细粒子凝聚成大絮体而沉降下来,从而去除水中COD和SS。含有羟基和氨基以及一些N-乙酰氨基等极性基团,可发生水解、乙酰化、羟甲基化、磺化、氧化等反应,也可以在双官能团的醛或酸酐等交联剂的作用下,发生交联反应。在水处理中,壳聚糖可以作为絮凝剂、吸附剂等。壳聚糖与传统的化学絮凝剂相比,具有投加量少、沉降速度快、去除效率高、污泥易处理、无二次污染等特点。
将交联累托石和聚合氯化铝、壳聚糖-石墨烯复合材料复配使用处理废水,可克服单一絮凝剂的不足,不仅可以提供絮凝效果而且可以大大降低絮凝成本,由于单一絮凝剂的凝聚效果。
膨润土(bentonite)是一种以蒙脱石(montmorillonite)为主要成分的粘土矿物。其化学成分为铝硅酸盐,化学式为Al2O3·4SiO2·3H2O。微观结构的单位晶胞由两个Si2O四面体晶片和它们之间夹着的一个Al2O或Al2OH八面体晶片组成,膨润土具有较强的吸附性和离子交换性。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明的重金属污水处理剂,通过上述原料复配,发挥协同作用,能够捕获水体中的多种金属离子,同时还具有显著的缓蚀阻垢功效,可有效减少系统的结垢与腐蚀,降低生产成本;
(2)本发明的重金属污水处理剂对重金属污水中的镉(Cd2+)、铅(Pb2+)、铜(Cu2+)、镍(Ni2+)、锌(Zn2+)去除率分别为99.5%、99.8%、99.4%、98.9%、98.0%,对重金属污水中的铬、锰、汞的去除率达到95.0-99.9%。
(3)本发明的重金属污水处理剂处理效果良好,性能稳定,沉淀效果好,出水水质好,处理成本低;污水中加入该药剂后,悬浮物立刻絮凝,沉淀快速,除悬浮物率能够达到95%以上;处理后的污水能够达到排放标准,絮团强度高,疏水性能好。
(4)本发明的重金属污水处理剂纯度高,无毒性,对操作工人无影响,处理后水无二次污染等问题。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明进行详细的描述。
实施例1。
一种重金属污水处理剂,所述重金属污水处理剂包括以下重量份的原料:氨基三甲叉膦酸2份、乙二醇二乙醚二胺四乙酸5份、聚丙烯酸钠10份、二乙烯三胺五乙酸五钠15份、聚天冬氨酸10份、淀粉黄原酸酯30份、石墨烯纳米层(GNS)/MnO2复合物3份、交联累托石20份、聚合氯化铝10份、壳聚糖-石墨烯复合材料10份、余量为去离子水。
一种重金属污水处理剂的制备方法,所述制备步骤如下:
A、按照重量份量取原料,打开容器,加入去离子水;
B、加入石墨烯纳米层(GNS)/MnO2复合物、壳聚糖-石墨烯复合材料,超声波震动10分钟;优选地,超声波频率为1000W;
C、将氨基三甲叉膦酸、乙二醇二乙醚二胺四乙酸、聚丙烯酸钠、二乙烯三胺五乙酸五钠、聚天冬氨酸、淀粉黄原酸酯加入容器中,每种原料添加均间隔5分钟,边添加边搅拌;
D、将交联累托石、聚合氯化铝加入容器中,搅拌10分钟;制得重金属污水处理剂。
实施例2。
本实施例所述重金属污水处理剂包括以下重量份的原料:氨基三甲叉膦酸0.5份、乙二醇二乙醚二胺四乙酸3份、聚丙烯酸钠20份、二乙烯三胺五乙酸五钠5份、聚天冬氨酸14份、淀粉黄原酸酯25份、石墨烯纳米层(GNS)/MnO2复合物5份、交联累托石15份、聚合氯化铝30份、壳聚糖-石墨烯复合材料6份、余量为去离子水。
一种重金属污水处理剂的制备方法,所述制备步骤如下:
A、按照重量份量取原料,打开容器,加入去离子水;
B、加入石墨烯纳米层(GNS)/MnO2复合物、壳聚糖-石墨烯复合材料,超声波震动15分钟;优选地,超声波频率为1200W;
C、将氨基三甲叉膦酸、乙二醇二乙醚二胺四乙酸、聚丙烯酸钠、二乙烯三胺五乙酸五钠、聚天冬氨酸、淀粉黄原酸酯加入容器中,每种原料添加均间隔4分钟,边添加边搅拌;
D、将交联累托石、聚合氯化铝加入容器中,搅拌12分钟;制得重金属污水处理剂。
实施例3。
本实施例所述重金属污水处理剂包括以下重量份的原料:氨基三甲叉膦酸1份、乙二醇二乙醚二胺四乙酸4份、聚丙烯酸钠12份、二乙烯三胺五乙酸五钠13份、过硫酸钠10份、聚天冬氨酸20份、淀粉黄原酸酯20份、石墨烯纳米层(GNS)/MnO2复合物6份、交联累托石16份、聚合氯化铝15份、壳聚糖-石墨烯复合材料9份、余量为去离子水。
一种重金属污水处理剂的制备方法,所述制备步骤如下:
A、按照重量份量取原料,打开容器,加入去离子水;
B、加入石墨烯纳米层(GNS)/MnO2复合物、壳聚糖-石墨烯复合材料,超声波震动18分钟;优选地,超声波频率为1700W;
C、将氨基三甲叉膦酸、乙二醇二乙醚二胺四乙酸、聚丙烯酸钠、二乙烯三胺五乙酸五钠、聚天冬氨酸、淀粉黄原酸酯、过硫酸钠加入容器中,每种原料添加均间隔3分钟,边添加边搅拌;
D、将交联累托石、聚合氯化铝加入容器中,搅拌10分钟;制得重金属污水处理剂。
实施例4。
本实施例所述重金属污水处理剂包括以下重量份的原料:氨基三甲叉膦酸1.5份、乙二醇二乙醚二胺四乙酸3份、聚丙烯酸钠16份、二乙烯三胺五乙酸五钠10份、膨润土15份、聚天冬氨酸15份、淀粉黄原酸酯25份、石墨烯纳米层(GNS)/MnO2复合物4份、交联累托石18份、聚合氯化铝20份、壳聚糖-石墨烯复合材料8份、余量为去离子水。
一种重金属污水处理剂的制备方法,所述制备步骤如下:
A、按照重量份量取原料,打开容器,加入去离子水;
B、加入石墨烯纳米层(GNS)/MnO2复合物、壳聚糖-石墨烯复合材料,超声波震动15分钟;优选地,超声波频率为1500W;
C、将氨基三甲叉膦酸、乙二醇二乙醚二胺四乙酸、聚丙烯酸钠、二乙烯三胺五乙酸五钠、聚天冬氨酸、淀粉黄原酸酯、膨润土加入容器中,每种原料添加均间隔5分钟,边添加边搅拌;
D、将交联累托石、聚合氯化铝加入容器中,搅拌13分钟;制得重金属污水处理剂。
实施例5。
本实施例所述重金属污水处理剂包括以下重量份的原料:氨基三甲叉膦酸1.5份、乙二醇二乙醚二胺四乙酸2份、聚丙烯酸钠18份、二乙烯三胺五乙酸五钠9份、聚天冬氨酸16份、淀粉黄原酸酯22份、石墨烯纳米层(GNS)/MnO2复合物3份、交联累托石17份、聚合氯化铝23份、壳聚糖-石墨烯复合材料5份、余量为去离子水。
一种重金属污水处理剂的制备方法,所述制备步骤如下:
A、按照重量份量取原料,打开容器,加入去离子水;
B、加入石墨烯纳米层(GNS)/MnO2复合物、壳聚糖-石墨烯复合材料,超声波震动20分钟;优选地,超声波频率为2000W;
C、将氨基三甲叉膦酸、乙二醇二乙醚二胺四乙酸、聚丙烯酸钠、二乙烯三胺五乙酸五钠、聚天冬氨酸、淀粉黄原酸酯加入容器中,每种原料添加均间隔5分钟,边添加边搅拌;
D、将交联累托石、聚合氯化铝加入容器中,搅拌15分钟;制得重金属污水处理剂。
应用实施例1~5制备的重金属污水处理剂进行重金属废水处理,处理效果如下,单位(mg/L):
Figure BSA0000099485810000111
从上表可知,本发明的重金属污水处理剂对重金属污水中的镉(Cd2+)、铅(Pb2+)、铜(Cu2+)、镍(Ni2+)、锌(Zn2+)去除率分别为99.5%、99.8%、99.4%、98.9%、98.0%,对重金属污水中的铬、锰、汞的去除率达到95.0-99.9%,处理效果良好。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种重金属污水处理剂,其特征在于,所述重金属污水处理剂包括以下重量份的原料:氨基三甲叉膦酸0.5~2份、乙二醇二乙醚二胺四乙酸1~5份、聚丙烯酸钠10~20份、二乙烯三胺五乙酸五钠5~15份、聚天冬氨酸10~20份、淀粉黄原酸酯20~30份、石墨烯纳米层/MnO2复合物3~6份、交联累托石15~20份、聚合氯化铝10~30份、壳聚糖-石墨烯复合材料5~10份、余量为去离子水。
2.根据权利要求1所述的重金属污水处理剂,其特征在于,所述重金属污水处理剂包括以下重量份的原料:氨基三甲叉膦酸0.5~1份、乙二醇二乙醚二胺四乙酸1~3份、聚丙烯酸钠15~20份、二乙烯三胺五乙酸五钠5~9份、聚天冬氨酸10~14份、淀粉黄原酸酯25~30份、石墨烯纳米层/MnO2复合物3~4份、交联累托石15~18份、聚合氯化铝20~30份、壳聚糖-石墨烯复合材料5~7份、余量为去离子水。
3.根据权利要求1所述的重金属污水处理剂,其特征在于,所述重金属污水处理剂包括以下重量份的原料:氨基三甲叉膦酸1~2份、乙二醇二乙醚二胺四乙酸3~5份、聚丙烯酸钠10~15份、二乙烯三胺五乙酸五钠9~15份、聚天冬氨酸14~20份、淀粉黄原酸酯20~25份、石墨烯纳米层/MnO2复合物5~6份、交联累托石18~20份、聚合氯化铝10~20份、壳聚糖-石墨烯复合材料8~10份、余量为去离子水。
4.根据权利要求1所述的重金属污水处理剂,其特征在于,所述重金属污水处理剂包括以下重量份的原料:氨基三甲叉膦酸1.5份、乙二醇二乙醚二胺四乙酸3份、聚丙烯酸钠16份、二乙烯三胺五乙酸五钠10份、聚天冬氨酸15份、淀粉黄原酸酯25份、石墨烯纳米层/MnO2复合物4份、交联累托石18份、聚合氯化铝20份、壳聚糖-石墨烯复合材料8份、余量为去离子水。
5.根据权利要求1所述的重金属污水处理剂,其特征在于,所述重金属污水处理剂包括以下重量份的原料:氨基三甲叉膦酸1.5份、乙二醇二乙醚二胺四乙酸2份、聚丙烯酸钠18份、二乙烯三胺五乙酸五钠9份、聚天冬氨酸16份、淀粉黄原酸酯22份、石墨烯纳米层/MnO2复合物3份、交联累托石17份、聚合氯化铝23份、壳聚糖-石墨烯复合材料5份、余量为去离子水。
6.根据权利要求1所述的重金属污水处理剂,其特征在于,所述重金属污水处理剂还包括过硫酸钠6~15重量份。
7.根据权利要求1所述的重金属污水处理剂,其特征在于,所述重金属污水处理剂还包括膨润土10~20重量份。
8.一种权利要求1至5任意一项所述的重金属污水处理剂的制备方法,其特征在于,所述制备步骤如下:
A、按照重量份量取原料,打开容器,加入去离子水;
B、加入石墨烯纳米层/MnO2复合物、壳聚糖-石墨烯复合材料,超声波震动10~20分钟;
C、将氨基三甲叉膦酸、乙二醇二乙醚二胺四乙酸、聚丙烯酸钠、二乙烯三胺五乙酸五钠、聚天冬氨酸、淀粉黄原酸酯加入容器中,每种原料添加均间隔3~5分钟,边添加边搅拌;
D、将交联累托石、聚合氯化铝加入容器中,搅拌10~15分钟;制得重金属污水处理剂。
9.根据权利要求8所述的重金属污水处理剂的制备方法,其特征在于,所述步骤C具体为:将氨基三甲叉膦酸、乙二醇二乙醚二胺四乙酸、聚丙烯酸钠、二乙烯三胺五乙酸五钠、聚天冬氨酸、淀粉黄原酸酯、过硫酸钠加入容器中,每种原料添加均间隔3~5分钟,边添加边搅拌。
10.根据权利要求8所述的重金属污水处理剂的制备方法,其特征在于,所述步骤C具体为:将氨基三甲叉膦酸、乙二醇二乙醚二胺四乙酸、聚丙烯酸钠、二乙烯三胺五乙酸五钠、聚天冬氨酸、淀粉黄原酸酯、膨润土加入容器中,每种原料添加均间隔3~5分钟,边添加边搅拌。
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