CN105642252A - 一种污水重金属离子吸附剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种污水重金属离子吸附剂及其制备方法，由下列重量份的原料制成：松树皮200-300、硫化锌4-8、硫化铁5-7、三甲氧基巯基丙烯基硅烷10-20、硅藻土50-60、石墨烯纳米层／MnO2复合物5-10、壳聚糖-石墨烯复合材料6-12、乙二醇20-40、盐酸10-20、十六烷基三甲基溴化铵10-14、去离子水400-500。本发明的优点是：本发明松树皮来源广泛，成本较低，采用分子筛载体进行离子交换，不会造成二次污染，并加入了石墨烯纳米层／MnO2复合物、壳聚糖-石墨烯复合材料、交联累托石和膨润土，进一步提升了重金属离子的吸附效果，本发明对于液相的重金属以及重金属离子有良好的去除效果。

Description

一种污水重金属离子吸附剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种污水重金属离子吸附剂及其制备方法。
背景技术
在我国经济和工业技术的快速发展过程中，带来的环境问题越来越受到重视，污水处理材料已经成为污水处理技术中的重要组成部分，同样受到各个领域的关注；而目前用于污水处理的种类缺乏，大大限制了污水处理材料的选择，因此，开发一种适用于污水处理的具有对废水中重金属离子吸附效率好，吸附量大，力学性能优异的吸附材料，对丰富污水处理材料，促进污水处理的发展具有重要意义。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种污水重金属离子吸附剂及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种污水重金属离子吸附剂，由下列重量份的原料制成：松树皮200-300、硫化锌4-8、硫化铁5-7、三甲氧基巯基丙烯基硅烷10-20、硅藻土50-60、石墨烯纳米层／MnO2复合物5-10、壳聚糖-石墨烯复合材料6-12、乙二醇20-40、盐酸10-20、十六烷基三甲基溴化铵10-14、去离子水400-500。
优化的，一种污水重金属离子吸附剂，由下列重量份的原料制成：松树皮250、硫化锌6、硫化铁6、三甲氧基巯基丙烯基硅烷15、硅藻土55、石墨烯纳米层／MnO2复合物8、壳聚糖-石墨烯复合材料9、乙二醇30、盐酸15、十六烷基三甲基溴化铵12、去离子水450。
优化的，还包括交联累托石6-12重量份。
优化的，还包括括膨润土6-12重量份。
上述的污水重金属离子吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将松树皮置入熔炉中炭化，碳化温度800-1000℃，炭化时间20-30min；
步骤2：往熔炉中通入氮气至熔炉内氧气含量少于400ppm，降至室温备用；
步骤3：将步骤2得到的炭化后的松树皮进行研磨粉碎，600目过筛；
步骤4：对步骤3得到的炭化粉末进行蒸汽激活，炭化粉末中均匀通过含有5%一氧化碳的二氧化碳气体20min；
步骤5：将硅藻土、石墨烯纳米层／MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料干燥后进行研磨粉碎，600目过筛，过筛后与步骤4所得活化松树皮炭化粉末混合，搅拌均匀备用；
步骤6：将硫化铁和硫化锌加入去离子水中，磁力搅拌30min；
步骤7：将步骤5得到的混合物加入步骤6得到的混合溶液中，超声振荡30min后过滤，过滤物在室温下干燥备用；
步骤8：在乙二醇中加入三甲氧基巯基丙烯基硅烷，一边搅拌一边加入盐酸，超声处理20min；
步骤9：将步骤8得到的混合液加入十六烷基三甲基溴化铵，一边搅拌一边加入步骤7所得干燥物，磁力搅拌30min，在80℃下水浴加热冷凝回流5-6h，反应物降至室温后洗涤分离出固体于20℃下真空干燥24h，既得污水重金属离子吸附剂。
上述步骤5还可以为：将硅藻土、交联累托石、石墨烯纳米层／MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料干燥后进行研磨粉碎，600目过筛，过筛后与步骤4所得活化松树皮炭化粉末混合，搅拌均匀备用。
上述步骤5还可以为：将硅藻土、膨润土、石墨烯纳米层／MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料干燥后进行研磨粉碎，600目过筛，过筛后与步骤4所得活化松树皮炭化粉末混合，搅拌均匀备用。
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。
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。
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。
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。
本发明的优点是：本发明松树皮来源广泛，成本较低，采用分子筛载体进行离子交换，不会造成二次污染，并加入了石墨烯纳米层／MnO2复合物、壳聚糖-石墨烯复合材料、交联累托石和膨润土，进一步提升了重金属离子的吸附效果，本发明对于液相的重金属以及重金属离子有良好的去除效果。
具体实施方式
实施例1：
一种污水重金属离子吸附剂，由下列重量份的原料制成：松树皮200、硫化锌4、硫化铁5、三甲氧基巯基丙烯基硅烷10、硅藻土50、石墨烯纳米层／MnO2复合物5、壳聚糖-石墨烯复合材料6、乙二醇20、盐酸10、十六烷基三甲基溴化铵10、去离子水400。
所述的污水重金属离子吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将松树皮置入熔炉中炭化，碳化温度800℃，炭化时间20min；
步骤2：往熔炉中通入氮气至熔炉内氧气含量少于400ppm，降至室温备用；
步骤3：将步骤2得到的炭化后的松树皮进行研磨粉碎，600目过筛；
步骤4：对步骤3得到的炭化粉末进行蒸汽激活，炭化粉末中均匀通过含有5%一氧化碳的二氧化碳气体20min；
步骤5：将硅藻土、石墨烯纳米层／MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料干燥后进行研磨粉碎，600目过筛，过筛后与步骤4所得活化松树皮炭化粉末混合，搅拌均匀备用；
步骤6：将硫化铁和硫化锌加入去离子水中，磁力搅拌30min；
步骤7：将步骤5得到的混合物加入步骤6得到的混合溶液中，超声振荡30min后过滤，过滤物在室温下干燥备用；
步骤8：在乙二醇中加入三甲氧基巯基丙烯基硅烷，一边搅拌一边加入盐酸，超声处理20min；
步骤9：将步骤8得到的混合液加入十六烷基三甲基溴化铵，一边搅拌一边加入步骤7所得干燥物，磁力搅拌30min，在80℃下水浴加热冷凝回流5h，反应物降至室温后洗涤分离出固体于20℃下真空干燥24h，既得污水重金属离子吸附剂A。
实施例2：
一种污水重金属离子吸附剂，由下列重量份的原料制成：松树皮300、硫化锌8、硫化铁7、三甲氧基巯基丙烯基硅烷20、硅藻土60、石墨烯纳米层／MnO2复合物10、壳聚糖-石墨烯复合材料12、乙二醇40、盐酸20、十六烷基三甲基溴化铵14、去离子水500。
所述的污水重金属离子吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将松树皮置入熔炉中炭化，碳化温度1000℃，炭化时间30min；
步骤2：往熔炉中通入氮气至熔炉内氧气含量少于400ppm，降至室温备用；
步骤3：将步骤2得到的炭化后的松树皮进行研磨粉碎，600目过筛；
步骤4：对步骤3得到的炭化粉末进行蒸汽激活，炭化粉末中均匀通过含有5%一氧化碳的二氧化碳气体20min；
步骤5：将硅藻土、石墨烯纳米层／MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料干燥后进行研磨粉碎，600目过筛，过筛后与步骤4所得活化松树皮炭化粉末混合，搅拌均匀备用；
步骤6：将硫化铁和硫化锌加入去离子水中，磁力搅拌30min；
步骤7：将步骤5得到的混合物加入步骤6得到的混合溶液中，超声振荡30min后过滤，过滤物在室温下干燥备用；
步骤8：在乙二醇中加入三甲氧基巯基丙烯基硅烷，一边搅拌一边加入盐酸，超声处理20min；
步骤9：将步骤8得到的混合液加入十六烷基三甲基溴化铵，一边搅拌一边加入步骤7所得干燥物，磁力搅拌30min，在80℃下水浴加热冷凝回流6h，反应物降至室温后洗涤分离出固体于20℃下真空干燥24h，既得污水重金属离子吸附剂B。
实施例3：
一种污水重金属离子吸附剂，由下列重量份的原料制成：松树皮250、硫化锌6、硫化铁6、三甲氧基巯基丙烯基硅烷15、硅藻土55、石墨烯纳米层／MnO2复合物8、壳聚糖-石墨烯复合材料9、乙二醇30、盐酸15、十六烷基三甲基溴化铵12、去离子水450。
所述的污水重金属离子吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将松树皮置入熔炉中炭化，碳化温度900℃，炭化时间25min；
步骤2：往熔炉中通入氮气至熔炉内氧气含量少于400ppm，降至室温备用；
步骤3：将步骤2得到的炭化后的松树皮进行研磨粉碎，600目过筛；
步骤4：对步骤3得到的炭化粉末进行蒸汽激活，炭化粉末中均匀通过含有5%一氧化碳的二氧化碳气体20min；
步骤5：将硅藻土、石墨烯纳米层／MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料干燥后进行研磨粉碎，600目过筛，过筛后与步骤4所得活化松树皮炭化粉末混合，搅拌均匀备用；
步骤6：将硫化铁和硫化锌加入去离子水中，磁力搅拌30min；
步骤7：将步骤5得到的混合物加入步骤6得到的混合溶液中，超声振荡30min后过滤，过滤物在室温下干燥备用；
步骤8：在乙二醇中加入三甲氧基巯基丙烯基硅烷，一边搅拌一边加入盐酸，超声处理20min；
步骤9：将步骤8得到的混合液加入十六烷基三甲基溴化铵，一边搅拌一边加入步骤7所得干燥物，磁力搅拌30min，在80℃下水浴加热冷凝回流6h，反应物降至室温后洗涤分离出固体于20℃下真空干燥24h，既得污水重金属离子吸附剂C。
实施例4：
一种污水重金属离子吸附剂，由下列重量份的原料制成：松树皮250、硫化锌6、硫化铁6、三甲氧基巯基丙烯基硅烷15、硅藻土55、石墨烯纳米层／MnO2复合物8、壳聚糖-石墨烯复合材料9、交联累托石9、乙二醇30、盐酸15、十六烷基三甲基溴化铵12、去离子水450。
所述的污水重金属离子吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将松树皮置入熔炉中炭化，碳化温度900℃，炭化时间25min；
步骤2：往熔炉中通入氮气至熔炉内氧气含量少于400ppm，降至室温备用；
步骤3：将步骤2得到的炭化后的松树皮进行研磨粉碎，600目过筛；
步骤4：对步骤3得到的炭化粉末进行蒸汽激活，炭化粉末中均匀通过含有5%一氧化碳的二氧化碳气体20min；
步骤5：将硅藻土、交联累托石、石墨烯纳米层／MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料干燥后进行研磨粉碎，600目过筛，过筛后与步骤4所得活化松树皮炭化粉末混合，搅拌均匀备用；
步骤6：将硫化铁和硫化锌加入去离子水中，磁力搅拌30min；
步骤7：将步骤5得到的混合物加入步骤6得到的混合溶液中，超声振荡30min后过滤，过滤物在室温下干燥备用；
步骤8：在乙二醇中加入三甲氧基巯基丙烯基硅烷，一边搅拌一边加入盐酸，超声处理20min；
步骤9：将步骤8得到的混合液加入十六烷基三甲基溴化铵，一边搅拌一边加入步骤7所得干燥物，磁力搅拌30min，在80℃下水浴加热冷凝回流6h，反应物降至室温后洗涤分离出固体于20℃下真空干燥24h，既得污水重金属离子吸附剂D。
实施例5：
一种污水重金属离子吸附剂，由下列重量份的原料制成：松树皮250、硫化锌6、硫化铁6、三甲氧基巯基丙烯基硅烷15、硅藻土55、石墨烯纳米层／MnO2复合物8、壳聚糖-石墨烯复合材料9、膨润土9、乙二醇30、盐酸15、十六烷基三甲基溴化铵12、去离子水450。
所述的污水重金属离子吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将松树皮置入熔炉中炭化，碳化温度900℃，炭化时间25min；
步骤2：往熔炉中通入氮气至熔炉内氧气含量少于400ppm，降至室温备用；
步骤3：将步骤2得到的炭化后的松树皮进行研磨粉碎，600目过筛；
步骤4：对步骤3得到的炭化粉末进行蒸汽激活，炭化粉末中均匀通过含有5%一氧化碳的二氧化碳气体20min；
步骤5：将硅藻土、膨润土、石墨烯纳米层／MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料干燥后进行研磨粉碎，600目过筛，过筛后与步骤4所得活化松树皮炭化粉末混合，搅拌均匀备用；
步骤6：将硫化铁和硫化锌加入去离子水中，磁力搅拌30min；
步骤7：将步骤5得到的混合物加入步骤6得到的混合溶液中，超声振荡30min后过滤，过滤物在室温下干燥备用；
步骤8：在乙二醇中加入三甲氧基巯基丙烯基硅烷，一边搅拌一边加入盐酸，超声处理20min；
步骤9：将步骤8得到的混合液加入十六烷基三甲基溴化铵，一边搅拌一边加入步骤7所得干燥物，磁力搅拌30min，在80℃下水浴加热冷凝回流6h，反应物降至室温后洗涤分离出固体于20℃下真空干燥24h，既得污水重金属离子吸附剂E。
对实施例1-5所得污水重金属离子吸附剂进行检测得到汞去除率、重金属离子去除率和有机苯废物去除率如表1所示：
汞去除率（%） 重金属离子去除率（%） 有机苯废物去除率（%）
实施例1 93 90 88
实施例2 96 93 89
实施例3 98 95 91
实施例4 98 97 92
实施例5 98 96 93
表1
通过表1可以看到本发明对重金属具有良好的吸附效果，对于有机废物也有一定的吸附效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种污水重金属离子吸附剂，其特征在于：由下列重量份的原料制成：松树皮200-300、硫化锌4-8、硫化铁5-7、三甲氧基巯基丙烯基硅烷10-20、硅藻土50-60、石墨烯纳米层/MnO2复合物5-10、壳聚糖-石墨烯复合材料6-12、乙二醇20-40、盐酸10-20、十六烷基三甲基溴化铵10-14、去离子水400-500。
2.一种如权利要求1所述的污水重金属离子吸附剂，其特征在于：由下列重量份的原料制成：松树皮250、硫化锌6、硫化铁6、三甲氧基巯基丙烯基硅烷15、硅藻土55、石墨烯纳米层/MnO2复合物8、壳聚糖-石墨烯复合材料9、乙二醇30、盐酸15、十六烷基三甲基溴化铵12、去离子水450。
3.一种如权利要求1所述的污水重金属离子吸附剂，其特征是：还包括交联累托石6-12重量份。
4.一种如权利要求1所述的污水重金属离子吸附剂，其特征是：还包括括膨润土6-12重量份。
5.一种如权利要求1或2所述的污水重金属离子吸附剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：将松树皮置入熔炉中炭化，碳化温度800-1000℃，炭化时间20-30min；
步骤2：往熔炉中通入氮气至熔炉内氧气含量少于400ppm，降至室温备用；
步骤3：将步骤2得到的炭化后的松树皮进行研磨粉碎，600目过筛；
步骤4：对步骤3得到的炭化粉末进行蒸汽激活，炭化粉末中均匀通过含有5％一氧化碳的二氧化碳气体20min；
步骤5：将硅藻土、石墨烯纳米层/MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料干燥后进行研磨粉碎，600目过筛，过筛后与步骤4所得活化松树皮炭化粉末混合，搅拌均匀备用；
步骤6：将硫化铁和硫化锌加入去离子水中，磁力搅拌30min；
步骤7：将步骤5得到的混合物加入步骤6得到的混合溶液中，超声振荡30min后过滤，过滤物在室温下干燥备用；
步骤8：在乙二醇中加入三甲氧基巯基丙烯基硅烷，一边搅拌一边加入盐酸，超声处理20min；
步骤9：将步骤8得到的混合液加入十六烷基三甲基溴化铵，一边搅拌一边加入步骤7所得干燥物，磁力搅拌30min，在80℃下水浴加热冷凝回流5-6h，反应物降至室温后洗涤分离出固体于20℃下真空干燥24h，既得污水重金属离子吸附剂。
6.一种如权利要求5所述的污水重金属离子吸附剂的制备方法，其特征在于：所述步骤5具体为：将硅藻土、交联累托石、石墨烯纳米层/MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料干燥后进行研磨粉碎，600目过筛，过筛后与步骤4所得活化松树皮炭化粉末混合，搅拌均匀备用。
7.一种如权利要求5所述的污水重金属离子吸附剂的制备方法，其特征在于：所述步骤5具体为：将硅藻土、膨润土、石墨烯纳米层/MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料干燥后进行研磨粉碎，600目过筛，过筛后与步骤4所得活化松树皮炭化粉末混合，搅拌均匀备用。
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