CN104229920A - 水羟硅钠石在吸附重金属离子中的应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了水羟硅钠石在吸附重金属离子中的应用方法。将合成的pH值为8-9的水羟硅钠石用去离子水溶解，滴入酸使溶液为中性，过滤、干燥后研磨成粉末加入到重金属水体中；所述的重金属离子包括锌离子、铅离子、铬离子或镉离子；所述的重金属离子以可溶盐或微溶性盐的形式存在。本发明采用水羟硅钠石作为吸附剂。与其他吸附剂相比，水羟硅钠石作为吸附剂合成相对容易，不需要后续处理和改性加工，成本较低，操作简便，吸附环境要求不高（室温即可，pH范围也比较广），其层间距较大，吸附效果很好并且短时间内可到达吸附平衡。综合以上考虑，水羟硅钠石作为吸附剂在处理重金属离子方面具有很大的实用价值和发展潜力。

Description

水羟硅钠石在吸附重金属离子中的应用方法

技术领域

本发明涉及吸附剂的应用方法，具体涉及水羟硅钠石在吸附重金属离子中的应用方法。

背景技术

近年来,随着采矿、冶炼等行业的迅猛发展,大量含重金属离子工业废水排入环境,造成了严重的水体和土壤污染,由于重金属离子不能自行分解,易聚集在生物体内,导致各种紊乱和疾病,如不加以控制，就会威胁到人类的健康和生存，所以含重金属离子废水的处理引起了人们的高度重视。

对含重金属离子废水,传统的处理方法是采用化学沉淀法、薄膜过滤、离子交换法、蒸发回收法、吸附法和电解法等,但这些方法都存在一定的缺陷。化学沉淀法对试剂的消耗量大、易产生二次污染；蒸发回收法能耗太大；离子交换法和活性炭吸附法虽然效果较好但成本太高,只有对有较高利用价值的贵、重金属离子的回收才可考虑用这种方法。因此寻找廉价的废水净化材料,对废水中重金属离子的有效处理,降低废水的处理成本,提高净化效率,已成为环境污染治理中亟待解决的问题。

近十几年来,许多研究者在探索廉价高效的吸附剂,其中包括:天然矿物、工业副产物、单宁类、壳聚糖、黄药类、有机复合材料和生物吸附剂等。其中已发现的具有吸附重金属离子功能的矿物有：蒙脱石、海泡石、坡缕石、沸石、蛭石、伊利石、绿泥石、高岭石、凹凸棒石、麦饭石、蛇纹石、膨润土、长石类、钙十字石、明矾石、三水铝石,此外还有磷灰石、硫铁矿、天然磁黄铁矿等。然而，多数矿物吸附剂需要经过复杂的改性处理，才能达到使用要求，这就增加了成本，给其低廉性大打折扣。如改性沸石[张新艳王起超.天然和巯基改性沸石吸附水溶液中重金属Hg2⁺的特征研究.环境工程学报.2009,3(3),455-460]和改性膨润土[李虎杰,刘爱平,易成发,白萍.膨润土对Cd²⁺的吸附作用及影响因素.中国矿业.2004,13(11),79-81.]以及改性蒙脱石和高岭石[宋铁红，吕卓，闫邢君.蒙脱石和高岭石吸附水溶液中重金属离子的实验研究.矿物岩石.2014,43(2),130-133.]用于对砷离子、镉离子、铅离子、铜离子和铬离子等离子的吸附。因此找到一种成本低廉，预处理简便，吸附率高且能吸附多种重金属离子的矿物类吸附剂是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种水羟硅钠石在吸附重金属离子中的应用方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下。

水羟硅钠石在吸附重金属离子中的应用方法，将合成的pH值为8-9的水羟硅钠石用去离子水溶解，滴入酸使溶液为中性，过滤、干燥后研磨成粉末加入到重金属水体中；所述的重金属离子包括锌离子、铅离子、铬离子或镉离子；所述的重金属离子以可溶盐或微溶性盐的形式存在。

上述方法中，将水羟硅钠石加入含重金属离子溶液后，保持溶液温度为常温。

上述方法中，所述重金属水体中重金属离子初始浓度范围为0.5～15000mg/L。

上述方法中，将水羟硅钠石加入重金属离子溶液后，吸附时间20-60分钟。

上述方法中，将水羟硅钠石加入重金属离子溶液后，调节水体pH值为5-7。

上述方法中，将水羟硅钠石用作重金属离子吸附剂，或利用水羟硅钠石吸附废水中的重金属离子，或者利用水羟硅钠石选择性吸附溶液中的重金属离子。

利用水羟硅钠石吸附重金属离子，对重金属离子初始浓度没有特殊要求，随着重金属离子浓度的增加，单位重量水羟硅钠石的吸附容量会逐渐增加至饱和。一般而言，重金属离子的初始浓度范围为0.5～15000mg/L。

将水羟硅钠石加入重金属离子溶液后，水羟硅钠石即刻开始吸附重金属离子，一般20-60分钟即可达到吸附平衡。

本发明所述的水羟硅钠石吸附重金属离子的方法，采用静态吸附法，其吸附率的检测步骤如下：

使用水羟硅钠石吸附重金属离子后，过滤，滤液中残留的重金属离子浓度采用原子分光光度计测量，然后按照(1)式计算吸附剂的吸附率，按照式(2)计算重金属离子的吸附容量。

$q=\frac{(C_0-C)}{C_0}\×100\%---\left(1\right)$

$Q=\frac{(C_0-C)V}{W}---\left(2\right)$

q：重金属离子吸附率；

Q：重金属离子的吸附容量(mg/g)；

C₀：初始重金属离子浓度(mg/L)；

C：吸附后残留重金属离子浓度(mg/L)；

V：含重金属离子溶液体积(mL)；

W：加入水羟硅钠石的重量(g)。

根据水羟硅钠石吸附一定浓度的重金属离子时的吸附率和吸附容量随时间的变化，可绘制出吸附率和吸附容量随时间变化的关系曲线，由此获得的平衡时间可表征吸附剂对重金属离子的吸附快慢程度。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：水羟硅钠石作为吸附剂合成相对容易，不需要后续处理和改性加工，成本较低，操作简便，吸附环境要求不高(室温即可，pH范围也比较广)，其层间距较大，吸附效果很好并且短时间内可到达吸附平衡。综合以上考虑，水羟硅钠石作为吸附剂在处理重金属离子方面具有很大的实用价值和发展潜力。

附图说明

图1为实施例1所得产品的电镜扫描图；

图2为实施例1所得产品的X-射线衍射谱图；

图3是实施例2所测得的吸附时间对锌离子吸附性能的影响图。

图4是实施例3所测得的pH对锌离子吸附性能的影响图。

图5是实施例5所测得的吸附时间对铅离子吸附性能的影响图。

图6是实施例6所测得的吸附时间对铬离子吸附性能的影响图。

图7是实施例7所测得的吸附时间对镉离子吸附性能的影响图。

具体实施方式

下面通过实施例来详述本发明，但本发明的保护范围并不局限于这些实施例。

实施例1

取0.40克氢氧化钠和2.12克碳酸钠先后溶于81.43克水中制成混合溶液，将混合溶液与9.68克沉淀白炭黑(含水7wt％)充分混合后加入50粒陶瓷珠(直径5mm)并搅拌15分钟，搅拌均匀后加入高压反应釜中在170℃下进行水热晶化36小时。产物经过滤、水洗至pH＝7～8后在80℃下干燥6小时，即得Kenyaite。通过X-射线衍射法和SEM进行定性分析(其电镜图和X-射线衍射谱图见附图1和2)，可以看出Kenyaite形状均为玫瑰花瓣状，这与之前的报道一致[Kwon O Y,Choi S W.Silica-Pillared H-kenyaites:Interlamellar BaseCatalyzed-Reaction ofTetraethylorthosilicate in Water Suspension[J].Bulletin of the Korean Chemical Society,1999,20(1):69-75.]，可知该Kenyaite为单纯相。

实施例2

取0.050g水羟硅钠石投入到初始浓度为20mg/L的50mL硝酸锌溶液中在常温下搅拌吸附30分钟，过滤后，用原子分光光度计测量溶液中残留的锌离子含量，结果表明，此种状况下吸附率为98％，吸附容量为19.6mg/g。同样条件下，改变吸附时间分别5分钟、10分钟、20分钟、60分钟、120分钟，所得吸附率分别为86％、91％、95％、98％、100％、100％，吸附容量数据详见表1和图3。

由此可得水羟硅钠石吸附初始浓度为20mg/L锌离子时平衡吸附时间为60分钟。

表1 吸附时间对锌离子吸附性能的影响

实施例3

取0.050g水羟硅钠石投入到PH＝7、初始浓度为20mg/L的50mL硝酸锌溶液中在常温下搅拌吸附60分钟，过滤后，用原子分光光度计测量溶液中残留的锌离子含量，结果表明，此种状况下吸附率为100％，吸附容量为20.0mg/g。同样条件下，改变溶液pH值分别2、3、4、5、6，所得吸附率分别为71％、80％、91％、99％、100％，吸附容量数据详见表2和图4。

由此可得水羟硅钠石吸附初始浓度为20mg/L锌离子时最佳pH值为5-7。

表2 溶液PH值对锌离子吸附性能的影响

实施例4

取0.050g水羟硅钠石投入到初始浓度为20mg/L的50mL硝酸锌溶液中在常温下搅拌吸附60分钟，过滤后，用原子分光光度计测量溶液中残留的锌离子含量，结果表明，此种状况下吸附率为100％，吸附容量为20.0mg/g。同样条件下，改变麦羟硅钠石用量分别0.025、0.100、0.200、0.400g，所得吸附率分别为96％、100％、100％、100％，吸附容量数据详见表3。

由此可得水羟硅钠石吸附初始浓度为20mg/L锌离子时吸附剂添加量的最佳值为0.050g。

表3 吸附剂添加量对锌离子吸附性能的影响

实施例5

取0.05g水羟硅钠石投入到初始浓度为20mg/L的50mL硝酸铅溶液中调节pH＝4.7(pH高于5时会生成氢氧化铅沉淀)，在常温下搅拌吸附30分钟，过滤后，用原子分光光度计测量溶液中残留的铅离子含量，结果表明，此种状况下吸附率为100％，吸附容量为20.0mg/g。同样条件下，改变吸附时间分别5分钟、10分钟、20分钟、60分钟、120分钟，所得吸附率分别为89％、93％、97％、100％、100％，吸附容量数据详见表4和图5。

由此可得水羟硅钠石吸附初始浓度为20mg/L锌离子时平衡吸附时间为30分钟。

表4 吸附时间对铅离子吸附性能的影响

实施例6

取0.05g水羟硅钠石投入到初始浓度为20mg/L的50mL硝酸铬溶液中在常温下搅拌吸附30分钟，过滤后，用原子分光光度计测量溶液中残留的铬离子含量，结果表明，此种状况下吸附率为97％，吸附容量为。同样条件下，改变吸附时间分别5分钟、10分钟、20分钟、60分钟、120分钟，所得吸附率分别为82％、89％、94％、100％、100％，吸附容量分别为19.4mg/g。数据详见表5和图6。

由此可得水羟硅钠石吸附初始浓度为20mg/L铬离子时平衡吸附时间为60分钟。

表5 吸附时间对铬离子吸附性能的影响

实施例7

取0.05g水羟硅钠石投入到初始浓度为20mg/L的50mL硝酸镉溶液中在常温下搅拌吸附30分钟，过滤后，用原子分光光度计测量溶液中残留的镉离子含量18.8mg/g，结果表明，此种状况下吸附率为94％，吸附容量为。同样条件下，改变吸附时间分别5分钟、10分钟、20分钟、60分钟、120分钟，所得吸附率分别为79％、82％、88％、100％、100％，吸附容量数据详见表6和图7。

由此可得水羟硅钠石吸附初始浓度为20mg/L镉离子时平衡吸附时间为60分钟。

表6 吸附时间对镉离子吸附性能的影响。

Claims (5)

1.水羟硅钠石在吸附重金属离子中的应用方法，其特征在于，将合成的pH值为8-9的水羟硅钠石用去离子水溶解，滴入酸使溶液为中性，过滤、干燥后研磨成粉末加入到重金属水体中；所述的重金属离子包括锌离子、铅离子、铬离子或镉离子；所述的重金属离子以可溶盐或微溶性盐的形式存在。

2.根据权利要求1所述的水羟硅钠石在吸附重金属离子中的应用方法，其特征在于，将水羟硅钠石加入含重金属离子溶液后，保持溶液温度为常温。

3.根据权利要求1所述的水羟硅钠石在吸附重金属离子中的应用方法，其特征在于，所述重金属水体中重金属离子初始浓度范围为0.5～15000mg/L。

4.根据权利要求1所述的水羟硅钠石在吸附重金属离子中的应用方法，其特征在于，将水羟硅钠石加入重金属离子溶液后，吸附时间20-60分钟。

5.根据权利要求1所述的水羟硅钠石在吸附重金属离子中的应用方法，其特征在于，将水羟硅钠石加入重金属离子溶液后，调节水体pH值为5-7。