CN104226233A - 一种去除水中重金属的吸附剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水处理应用，具体的说是一种去除水中重金属的吸附剂及其制备方法。吸附剂为以钛盐与锰盐为原料，调节至pH4～10，陈化后即为吸附剂；其中，钛与锰的摩尔比为9:1～1:3。本发明所制备的钛锰复合氧化物是纳米颗粒的聚集体，具有较大的比表面积，吸附速度快，吸附容量高，环境友好，可用于去除地下水、地表水等各类水体中铅、镉、砷、铬、铜、镍、钴、锌等重金属离子污染物。

Description

一种去除水中重金属的吸附剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及水处理应用，具体的说是一种去除水中重金属的吸附剂及其制备方法。
背景技术
重金属一般广泛存在于自然界中，但由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益剧增，经过各种途径进入水环境的重金属如铅、汞、镉、钴等越来越多，对水体造成了严重污染。一方面危害水生态系统，对水生生物产生各种有害作用；另一方面通过饮用水、皮肤接触、食物链途径直接或间接地影响人类健康。此外，重金属具有富集性，很难在环境中降解、去除。
目前，重金属废水处理的方法大致可以分为两大类：一是使废水中呈溶解状态的重金属转变成不溶的重金属化合物或元素，经沉淀和上浮从废水中去除，可应用中和沉淀法、硫化物沉淀法、上浮分离法、离子浮选法、电解沉淀等；二是将废水中的重金属在不改变其化学形态的条件下进行浓缩和分离，可应用反渗透法、电渗析法、离子交换法、膜分离技术、吸附法等。从重金属废水回用的角度考虑，第二类方法比第一类优越，因为用第二类方法处理，重金属是以原状浓缩，不添加任何化学药剂，可直接回用于生产过程。其中吸附法是通过吸附或离子交换等作用将水中重金属离子吸附在吸附剂表面，从而达到去除水中重金属的目的，该法简单易行，适用体系多，二次污染小以及成本低，已经在重金属废水处理中得到应用，尤其适用于重金属含量较低的水处理。
目前，用于重金属的吸附材料有膨润土、沸石、赤泥、椰子壳、涂层砂、活性氧化铝、活性炭以及天然或合成的金属氧化物及其水合氧化物等。大量研究结果表明，钛氧化物具有资源丰富、环境友好、对重金属有良好吸附性能等优点；但其对部分显中性的重金属离子吸附作用较差，如三价砷，而三价砷的毒性远高于五价砷，且有更强的迁移性。锰氧化物具有等电点低、比表面积大、表面羟基丰富、较强氧化性等特点，对阳离子型重金属离子具有较强的吸附特性，能够有效的吸附水中重金属污染物，但其对阴离子型重金属离子去除效果不佳，在实际应用中有所局限。
发明内容
本发明目的在于提供一种去除水中重金属的吸附剂及其制备方法。
为实现上述目的本发明采用的技术方案为：
一种去除水中重金属的吸附剂，其特征在于：吸附剂为以钛盐与锰盐为原料，调节至pH 4～10，陈化后即为吸附剂；其中，钛与锰的摩尔比为9:1～1:3。
所述原料中钛盐为可溶性的钛盐和/或可溶性的亚钛盐；锰盐为可溶性的锰盐和/或可溶性的高锰酸盐。
所述可溶性的锰盐与高锰酸盐的摩尔比为0:1～1:1。
所述可溶性的钛盐为四氯化钛、硫酸钛、硝酸钛的一种或几种的混合；所述可溶性的亚钛盐为氯化亚钛和/或硫酸亚钛；所述可溶性的锰盐为氯化锰、硝酸锰、硫酸锰、碳酸锰中的一种或几种的混合；所述可溶性的高锰酸盐为高锰酸钾和/或高锰酸钠。
在室温～100℃下，将原料混合后调节至pH 4～10，调节pH后继续反应5分钟～24小时，然后陈化1～24小时，而后水洗、过滤、干燥，即可。
一种去除水中重金属的吸附剂的制备方法，在室温～100℃下，以原料中钛盐、钛盐和可溶性的锰盐作为混合溶液A，而后采用原料中可溶性的高锰酸盐与碱液的混合液作为混合溶液B调节混合溶液A至pH 4～10，调节pH后继续反应5分钟～24小时，再经过陈化、水洗、过滤、干燥，即得到去除水中重金属的吸附剂-钛锰复合氧化物；所述吸附剂中钛与锰的摩尔比为9:1～1:3。
所述碱液为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸钾的一种或几种的混合。
在室温～100℃下，所述将原料混合后调节至pH4～10，调节pH后继续反应5分钟～24小时，然后陈化1～24小时，陈化后反复洗涤至洗液中无阴离子检出，洗涤后固体在室温～100℃下自然干燥、烘干或喷雾干燥，即得到去除水中重金属的吸附剂-钛锰复合氧化物。
一种去除水中重金属的吸附剂的应用，所述吸附剂用于吸附水体中铅、镉、砷、铬、铜、镍、钴、锌等重金属离子进而用于地下水、地表水及工业废水的净化处理。
本发明所具有的优点：
1.制备工艺简单，环境友好，成本相对低廉，本发明所制备的钛锰复合氧化物吸附剂是将钛氧化物与锰氧化物复合，形成铁锰复合金属氧化物吸附剂，兼有铁氧化物与锰氧化物的优点，同时弥补铁氧化物与锰氧化物单独使用时的不足，提高了重金属吸附性能。
2.本发明所制备的钛锰复合氧化物吸附剂是纳米颗粒的聚集体，具有较大的表面积，吸附速度快，吸附容量高，具有优异的水质净化效能。
3.本发明所制备的钛锰复合氧化物吸附剂对水体中铅、镉、砷、铬、铜、镍、钴、锌等重金属离子均具有优异的吸附性能，即使当重金属浓度较低时，亦具有良好的去除效果，可用于地下水、地表水及工业废水的净化处理。
具体实施方式
实施例1
室温下，称取30g Ti2(SO4)3溶于2L水中，称取55g TiCl4溶于2L水中，将二者混合作为混合溶液A，称取8g KMnO4和100g质量分数为30％的氨水溶于1L水中，作为混合溶液B。采用混合溶液B调节混合溶液A至pH 4～6。调节pH后继续静置反应24小时，然后陈化12小时。陈化后，用去离子水反复洗涤固体，至洗液中无阴离子检出，洗涤后固体在室温下自然干燥，即得钛锰摩尔比约为9:1钛锰复合氧化物。
实施例2
40℃条件下，称取50g Ti2(SO4)3溶于2L水中，作为混合溶液A，称取10g KMnO4和15g NaOH溶于0.5L水中，作为混合溶液B。采用混合溶液B调节混合溶液A至pH6～8。调节pH后继续搅拌反应4小时，然后陈化8小时。陈化后，用去离子水反复洗涤固体，至洗液中无阴离子检出，洗涤后固体置于烘箱中于100℃烘干，即得钛锰摩尔比约为5:1钛锰复合氧化物。
实施例3
60℃条件下，称取30g Ti2(SO4)3溶于2L水中，称取40g MnSO4溶于2L水中，将二者混合作为混合溶液A，称取35g KMnO4和30g NaOH溶于0.75L水中，作为混合溶液B。采用混合溶液B调节混合溶液A至pH8～10。调节pH后继续搅拌反应30分钟，然后陈化2小时。陈化后，用去离子水反复洗涤固体，至洗液中无阴离子检出，洗涤后固体喷雾干燥，即得钛锰摩尔比约为1:3钛锰复合氧化物。
应用例1
在工业废水处理中的应用。某含铅废水，铅浓度为100mg/L，pH 5.0。取1L该废水，加入0.5g钛锰摩尔比约为9:1钛锰复合氧化物吸附剂，搅拌混合2小时后进行固液分离，测得水溶液中铅浓度小于0.5mg/L。
应用例2
在工业废水处理中的应用。某含铅废水，Pb2+浓度为10mg/L，pH5.0。取1L该废水，加入0.2g钛锰摩尔比约为5:1钛锰复合氧化物吸附剂，搅拌混合1小时后进行固液分离，测得水溶液中铅浓度小于0.01mg/L。
应用例3
在工业废水处理中的应用。某含砷废水，五价砷浓度为10mg/L，pH7.0。取1L该废水，加入0.5g钛锰摩尔比约为1:3钛锰复合氧化物吸附剂，搅拌混合2小时后进行固液分离，测得水溶液中五价砷的浓度小于0.05mg/L。
应用例4
在地下水处理中的应用。某含砷地下水，三价砷浓度为0.05mg/L，pH7.0。取1L该地下水，加入0.2g钛锰摩尔比约为1:3钛锰复合氧化物吸附剂，搅拌混合0.5小时后进行固液分离，测得水溶液中三价砷浓度小于0.01mg/L。
应用例5
在地表水处理中的应用。某重金属污染地表水，砷浓度为10mg/L，铅浓度为10mg/L，锌浓度为10mg/L，铜浓度为8.5mg/L，铬浓度为0.2mg/L，镉浓度为0.8mg/L，pH6.7。取1L该地表水，加入1g钛锰摩尔比5:1钛锰复合氧化物吸附剂，搅拌混合2小时后进行固液分离，测的水溶液中砷、铅、锌、铜浓度均小于0.05mg/L，铬、镉浓度均小于0.01mg/L。

Claims (9)

1.一种去除水中重金属的吸附剂，其特征在于：吸附剂为以钛盐与锰盐为原料，调节至pH4～10，陈化后即为吸附剂；其中，钛与锰的摩尔比为9:1～1:3。
2.按权利要求1所述的去除水中重金属的吸附剂，其特征在于：所述原料中钛盐为可溶性的钛盐和/或可溶性的亚钛盐；锰盐为可溶性的锰盐和/或可溶性的高锰酸盐。
3.按权利要求2所述的去除水中重金属的吸附剂，其特征在于：所述可溶性的锰盐与可溶性的高锰酸盐的摩尔比为0:1～1:1。
4.按权利要求2所述的去除水中重金属的吸附剂，其特征在于：所述可溶性的钛盐为四氯化钛、硫酸钛、硝酸钛的一种或几种的混合；所述可溶性的亚钛盐为氯化亚钛和/或硫酸亚钛；所述可溶性的锰盐为氯化锰、硝酸锰、硫酸锰、碳酸锰中的一种或几种的混合；所述可溶性的高锰酸盐为高锰酸钾和/或高锰酸钠。
5.按权利要求1所述的去除水中重金属的吸附剂，其特征在于：在室温～100℃下，将原料混合后调节至pH4～10，调节pH后继续反应5分钟～24小时，然后陈化1～24小时，而后水洗、过滤、干燥，即可。
6.一种权利要求1所述的去除水中重金属的吸附剂的制备方法，其特征在于：在室温～100℃下，以原料中钛盐、钛盐和可溶性的锰盐作为混合溶液A，而后采用原料中可溶性的高锰酸盐与碱液的混合液作为混合溶液B调节混合溶液A至pH4～10，调节pH后继续反应5分钟～24小时，再经过陈化、水洗、过滤、干燥，即得到去除水中重金属的吸附剂-钛锰复合氧化物；所述吸附剂中钛与锰的摩尔比为9:1～1:3。
7.按权利要求5所述的去除水中重金属的吸附剂的制备方法，其特征在于：所述碱液为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸钾的一种或几种的混合。
8.按权利要求5所述的去除水中重金属的吸附剂的制备方法，其特征在于：在室温～100℃下，所述将原料混合后调节至pH 4～10，调节pH后继续反应5分钟～24小时，然后陈化1～24小时，陈化后反复洗涤至洗液中无阴离子检出，洗涤后固体在室温～100℃下自然干燥、烘干或喷雾干燥，即得到去除水中重金属的吸附剂-钛锰复合氧化物。
9.一种权利要求1所述的去除水中重金属的吸附剂的应用，其特征在于：所述吸附剂用于吸附水体中铅、镉、砷、铬、铜、镍、钴、锌等重金属离子进而用于地下水、地表水及工业废水的净化处理。
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