CN105688817A - 金属阳离子吸附滤柱及其制备方法和金属阳离子回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种金属阳离子吸附滤柱及其制备方法和金属阳离子回收系统，制备方法包括：将活化后的活性炭填充于滤柱中，使其浸润在开放的循环流动的无机铁盐溶液中并维持浸润温度为50‐90℃，待无机铁盐溶液蒸发完毕后将所得产物用水清洗5‐10min，然后继续浸润在循环流动的水中并维持浸润温度为50‐90℃，加入硼氢化钾溶液后，得到含有炭基纳米零价铁的金属阳离子吸附滤柱；金属阳离子回收系统包括：至少一根金属阳离子吸附滤柱、恒温部件以及蠕动泵；本发明的金属阳离子吸附滤柱能够通过吸附去除矿山废水所含的低浓度的铜离子，从而对矿山废水起到净化作用，使出水水质满足排放标准。

Description

金属阳离子吸附滤柱及其制备方法和金属阳离子回收系统
技术领域
本发明属于水处理技术领域，涉及一种金属阳离子吸附滤柱及其制备方法、金属阳离子吸附装置和金属阳离子回收系统。
背景技术
铜离子等金属阳离子是存在于矿山废水中的常见的污染物质。由于矿山废水中含有大量的氰或铵等络合离子，其易与这些金属阳离子形成络合物而导致其不易离解，因此难以通过常规的硫化物沉淀法或加碱沉淀法去除这些金属阳离子。如果采用硫吸附沉淀法，其也只能去除高浓度的金属阳离子，对低浓度的金属阳离子则难以仅通过吸附来去除。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的第一个目的在于提供一种能够吸附低浓度的金属阳离子的炭基纳米零价铁。
本发明的第二个目的在于提供一种上述的炭基纳米零价铁的制备方法。
本发明的第三个目的在于提供一种含有该炭基纳米零价铁的金属阳离子吸附滤柱，其能够对矿山废水中的金属阳离子进行吸附，从而起到净化矿山废水的作用。
本发明的第四个目的在于提供一种用于生产上述的金属阳离子吸附滤柱的装置。
本发明的第五个目的在于提供一种利用上述的装置来生产金属阳离子吸附滤柱的方法。
本发明的第六个目的在于提供一种含有上述的金属阳离子吸附滤柱的金属阳离子吸附装置。
本发明的第七个目的在于提供一种使用该金属阳离子吸附装置对矿山废水进行处理的方法。
本发明的第八个目的在于提供一种用于回收金属阳离子吸附滤柱所吸附的金属阳离子的金属阳离子回收系统。
本发明的第九个目的在于提供一种使用该金属阳离子回收系统对金属阳离子吸附滤柱所吸附的金属阳离子进行回收的方法。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
<炭基纳米零价铁的制备方法>
一种炭基纳米零价铁的制备方法，其包括如下步骤：
(1)、将活化后的活性炭浸润在开放的循环流动的无机铁盐溶液中并维持该活化后的活性炭的浸润温度为50‐90℃的恒温，待无机铁盐溶液蒸发完毕后将所得产物用水清洗5‐10min，得到炭基纳米羟基铁；
(2)、将步骤(1)所得的炭基纳米羟基铁浸润在循环流动的水中并维持该炭基纳米羟基铁的浸润温度为50‐90℃的恒温，将硼氢化钾溶液以0.5‐1.5L/h的流量加入炭基纳米羟基铁中，补加至少一次水后，得到炭基纳米零价铁；
其中，在步骤(1)中，活化后的活性炭的浸润温度也可以为室温，只是效果不如浸润温度为50‐90℃好。
在步骤(1)中，无机铁盐溶液中的无机铁盐的浓度为10‐40g/L，无机铁盐与活化后的活性炭的质量比为1:(1‐5)。
在步骤(1)中，活化后的活性炭的制备方法可以为：将颗粒活性炭与去离子水混合后加热至去离子水呈沸腾状态，保持该沸腾状态20‐30min，自然冷却至室温并继续放置5‐8h，去掉上层液体后用去离子水超声清洗沉淀2‐4遍，于110‐130℃干燥至恒重，得到活化后的活性炭。
在步骤(1)中，无机铁盐可以为FeSO4·7H2O、FeCl3·7H2O、FeCl2·4H2O和Fe2(SO4)3·9H2O中的任意一种。
在步骤(2)中，硼氢化钾溶液中硼氢化钾的浓度可以为0.8‐2.0g/L，硼氢化钾与无机铁盐的质量比可以为1:(1‐5)。炭基纳米零价铁是在炭基纳米羟基铁的基础上通过加硼氢化钾溶液在热水循环并且溶解氧特别低的条件下还原水中炭基上的羟基铁而得到的。
<炭基纳米零价铁>
一种炭基纳米零价铁，其由如上述的制备方法制备而成。
<金属阳离子吸附滤柱>
一种金属阳离子吸附滤柱，其包括柱体和填充在柱体中的滤料，滤料为上述的炭基纳米零价铁。
<金属阳离子吸附滤柱的生产装置>
一种用于生产上述的的金属阳离子吸附滤柱的装置，其包括：至少一根柱体、为柱体提供恒温的恒温部件、用于实现无机铁盐溶液或水循环流动的循环部件、用于储存无机铁盐溶液的第一存储容器、用于储存水的第二存储容器以及用于将硼氢化钾溶液以0.5-1.5L/h的流量加入到循环流动的水中的流量计。
其中，柱体内填充有活化后的活性炭，柱体的顶端开口为敞口；循环部件包括循环管道和蠕动泵，循环管道将蠕动泵和柱体与第一存储容器或第二存储容器依次连接以形成循环回路。
恒温部件所维持恒温的温度为50‐90℃，其是一种热装置，可为浸润在活化后的活性炭上的无机铁盐提供蒸发动力，也可以在硼氢化钾溶液还原炭基上的羟基铁的过程中起到除氧的作用。另外，该热装置还可以提供炭基纳米零价铁吸附铜的活性，提高了对铜的吸附容量。
<金属阳离子吸附滤柱的生产方法>
一种使用上述的生产装置来生产金属阳离子吸附滤柱的方法，其包括如下步骤：
(1)、将恒温部件调至50‐90℃，采用循环管道将蠕动泵、柱体和第一存储容器依次连接形成循环回路，使第一存储容器内储存的无机铁盐溶液在该循环回路中循环流动；
(2)、待无机铁盐溶液蒸发完毕后，采用循环管道将蠕动泵、柱体和第二存储容器依次连接形成循环回路，使第二存储容器内存储的水在该循环回路中循环流动5‐10min；
(3)、采用流量计将硼氢化钾溶液以0.5‐1.5L/h的流量加入到循环流动的水中，待第二存储容器内存储的水蒸发完毕后补加至少一次水，得到金属阳离子吸附滤柱。
<金属阳离子吸附装置>
一种金属阳离子吸附装置，其包括：至少一根的金属阳离子吸附滤柱、为金属阳离子吸附滤柱提供恒温的恒温部件以及将含有金属阳离子的溶液以一定的流量泵入金属阳离子吸附滤柱的一端的蠕动泵，金属阳离子吸附滤柱的另一端流出处理后的溶液。
其中，上述的金属阳离子为铜离子、钴离子、金离子和银离子。含有金属阳离子的溶液的流量可以为0.05‐0.1L/min。恒温部件可以为恒温水浴箱。恒温的温度可以为50‐90℃。当然，也可以不设置恒温部件，使金属阳离子吸附滤柱在常温下进行吸附。
<矿山废水的处理方法>
一种使用上述的金属阳离子吸附回收装置对矿山废水进行处理的方法，其包括如下步骤：
(1)、将恒温部件调至50‐90℃，使金属阳离子吸附滤柱维持恒温；
(2)、采用蠕动泵将含有金属阳离子的废水以一定的流量从金属阳离子吸附滤柱的一端泵入，使之经过金属阳离子吸附滤柱并从其另一端流出，得到处理后的溶液；
其中，在步骤(1)中，也可以不设置恒温部件，使金属阳离子吸附滤柱在常温下进行吸附。
在步骤(2)中，金属阳离子可以为铜离子、钴离子、金离子和银离子。
在步骤(2)中，含有金属阳离子的溶液的泵入流量可以为0.05‐0.1L/min。
<金属阳离子回收系统>
一种金属阳离子回收系统，其包括：至少一根金属阳离子吸附滤柱、为金属阳离子吸附滤柱提供恒温的恒温部件以及将含有金属阳离子的溶液或硝酸水溶液泵入金属阳离子吸附滤柱的一端的蠕动泵，金属阳离子吸附滤柱的另一端流出处理后的溶液或含有金属阳离子的回收液。
其中，金属阳离子可以为铜离子、钴离子、金离子和银离子。另外，也可以不设置恒温部件，使金属阳离子吸附滤柱在常温下进行吸附。
<金属阳离子回收方法>
一种使用金属阳离子回收系统对矿山废水中的金属阳离子进行回收的方法，其包括如下步骤：
(1)、将恒温部件调至50‐90℃，使金属阳离子吸附滤柱维持恒温；
(2)、采用蠕动泵将含有金属阳离子的溶液以一定的流量从金属阳离子吸附滤柱的一端泵入，使之经过金属阳离子吸附滤柱并从其另一端流出，得到处理后的溶液；
(3)、采用蠕动泵将硝酸水溶液从金属阳离子吸附滤柱的一端泵入，使之经过金属阳离子吸附滤柱并从其另一端流出，得到含有金属阳离子的回收液。
其中，在步骤(1)中，也可以不设置恒温部件，使金属阳离子吸附滤柱在常温下进行吸附。
在步骤(2)中，金属阳离子可以为铜离子、钴离子、金离子和银离子。
在步骤(2)中，含有金属阳离子的溶液的泵入流量可以为0.05‐0.1L/min。
在步骤(3)中，铜的解吸附是通过采用硝酸水溶液进行酸洗而实现的，其体积浓度可以为10‐20％。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
首先，本发明的炭基纳米零价铁能够通过吸附去除矿山废水所含的低浓度的铜离子，从而对矿山废水起到净化作用，使出水水质满足排放标准。
其次，在本发明的金属阳离子回收方法中，通过添加硝酸水溶液可以很容易地使吸附的铜离子发生解吸附，一方面使炭基纳米零价铁能够再生，另一方面也有利于实现铜离子的资源化再生化利用。
此外，本发明的恒温部件能够维持50‐90℃的恒温温度，其是一种热装置，不仅可以为浸润在活化后的活性炭上的无机铁盐提供蒸发动力，也可以在硼氢化钾溶液还原炭基上的羟基铁的过程中起到除氧的作用，还可以提高炭基纳米零价铁在吸附铜离子时的吸附容量。
附图说明
图1为本发明实施例三的金属阳离子吸附滤柱的第一种结构示意图。
图2为本发明实施例三的金属阳离子吸附滤柱的第二种结构示意图。
图3为本发明实施例三的金属阳离子吸附滤柱的第三种结构示意图。
图4为本发明实施例四的金属阳离子吸附滤柱生产装置的第一结构示意图。
图5为本发明实施例四的金属阳离子吸附滤柱生产装置的第二结构示意图。
图6为本发明实施例六的金属阳离子吸附装置的结构示意图。
图7为本发明实施例八的金属阳离子回收系统的第一结构示意图。
图8为本发明实施例八的金属阳离子回收系统的第二结构示意图。
图9为本发明实施例二的炭基纳米零价铁的结构图。
附图标记
金属阳离子吸附滤柱1、柱体2、承载台3、滤料4、金属阳离子吸附滤柱生产装置10、柱体11、恒温部件12、循环部件13、第一存储容器14、第二存储容器15、流量计16、循环管道17、蠕动泵18、排液管19、金属阳离子吸附装置20、恒温部件22、蠕动泵23、管道24、第一储液室25、第二储液室26、排液管27、金属阳离子回收系统30、金属阳离子吸附滤柱31、恒温部件32、蠕动泵33、管道34、第一储液室35、第二储液室36、第三储液室37、第四储液室38、排液管39。
具体实施方式
本发明提供了一种炭基纳米零价铁的制备方法、由该制备方法所得到的炭基纳米零价铁、含有该炭基纳米零价铁的金属阳离子吸附滤柱、用于生产该种金属阳离子吸附滤柱的装置、使用上述的装置来生产上述的金属阳离子吸附滤柱的方法、含有上述的金属阳离子吸附滤柱的金属阳离子吸附装置、使用该金属阳离子吸附装置对矿山废水进行处理的方法、用于回收金属阳离子吸附滤柱所吸附的金属阳离子的金属阳离子回收系统以及使用该金属阳离子回收系统对金属阳离子吸附滤柱所吸附的金属阳离子进行回收的方法。以下结合附图所示实施例对本申请作进一步的说明。
实施例一：炭基纳米零价铁的制备方法
本实施例提供了一种炭基纳米零价铁的制备方法，其包括如下步骤：
(1)、活性炭的活化步骤：
本实施例采用沸水清洗法对颗粒活性炭进行活化，以得到活化后的活性炭，其具体步骤如下：
称取一定量的颗粒活性炭于干净的烧杯中，加入过量的去离子水，然后将烧杯置于电炉上加热至去离子水呈沸腾状态，保持该沸腾状态20‐30min，然后自然冷却至室温并继续静置5‐8h，弃去上层液体，用去离子水超声清洗沉淀2‐4遍，将清洗后的沉淀置于110‐130℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，得到活化后的活性炭，装入磨口瓶中备用。
(2)、炭基纳米羟基铁的制备步骤：
将步骤(1)所得的活化后的活性炭浸润在开放的循环流动的无机铁盐溶液中，维持活化后的活性炭的浸润温度为50‐90℃的恒温，在循环流动的过程中不另行补加新鲜的无机铁盐溶液；因为流经活化后的活性炭的无机铁盐溶液的温度一般高于室温，所以该无机铁盐溶液会慢慢蒸发，而在热动力蒸发作用下无机铁盐会形成羟基铁负载在活化后的活性炭上；待无机铁盐溶液蒸发完毕后，将所得的产物用水清洗5‐10min，得到炭基纳米羟基铁。
(3)、炭基纳米零价铁的制备步骤：
将步骤(2)所得的炭基纳米羟基铁浸润在开放的循环流动的水中，维持炭基纳米羟基铁的浸润温度为50‐90℃的恒温，以0.5‐1.5L/h的流量将硼氢化钾溶液随着循环流动的水加入炭基纳米羟基铁中，待循环流动的水蒸发完毕后补加至少一次水，最终得到炭基纳米零价铁。
其中，在步骤(2)中，无机铁盐溶液中的无机铁盐的浓度为10‐40g/L，无机铁盐与活化后的活性炭的质量比为1:(1‐5)。无机铁盐可以为FeSO4·7H2O、FeCl3·7H2O、FeCl2·4H2O和Fe2(SO4)3·9H2O中的任意一种，本实施例中优选为FeSO4·7H2O。
在步骤(2)中，无机铁盐溶液是循环流动的，但是该循环系统并非封闭式循环系统，而是开放式循环系统，是为了使无机铁盐溶液在经过50‐90℃的活化后的活性炭时能够蒸发，从而使铁盐形成羟基铁负载在活化后的活性炭上。若为封闭式循环系统，则无法达到使无机铁盐溶液蒸发到外部环境的目的。
在步骤(2)中，活化后的活性炭的浸润温度也可以为室温，只是效果不如浸润温度为50‐90℃好。
在步骤(3)中，硼氢化钾溶液中硼氢化钾的浓度为0.8‐2.0g/L，硼氢化钾与无机铁盐的质量比为1:(1‐5)。
实施例二：炭基纳米零价铁
本实施例提供了一种炭基纳米零价铁，其由实施例一的制备方法制备而成。炭基纳米零价铁的结构如图9所示，呈圆球状的物体的就表明有纳米零价铁已成功负载在颗粒活性炭上。
实施例三：金属阳离子吸附滤柱
如图1所示，本实施例提供了一种金属阳离子吸附滤柱1，其外形呈圆柱体结构，包括：两端敞口的柱体2、填充在柱体2内的滤料4以及用于将滤料4固定在柱体2内的两个承载台3。
其中，柱体2的顶端和底端均为敞口。承载台3也为透液结构，允许水或溶液的透过。图1中的双箭头表示液体的流动方向，即从柱体2的顶端流入，经过承载台3和滤料4，从柱体4的底端流出。
金属阳离子吸附滤柱也可以为其他结构，如图2的“L”型结构或图3的平滑“L”型结构。
实施例四：金属阳离子吸附滤柱生产装置
本实施例提供了一种金属阳离子吸附滤柱生产装置，其用于生产实施例三提及的金属阳离子吸附滤柱。
如图4和图5所示，本实施例的金属阳离子吸附滤柱生产装置10包括：四根柱体11、恒温部件12、循环部件13、用于储存无机铁盐溶液的第一存储容器14、用于储存水的第二存储容器15、用于添加硼氢化钾溶液的流量计16和排液管19。
其中，柱体11的顶端和底端均为敞口，其内填充有活化后的活性炭，该活化后的活性炭的制备方法如实施例一所示。柱体11的顶端与空气连通，底端与排液管19相连通。四根柱体11的底端分别与对应的两根排液管19相连通。
恒温部件12设于柱体11的外侧，用于为柱体11提供恒温条件，恒温的温度为50‐90℃，本实施例中优选为60℃。本实施例中的恒温部件12为水浴箱，然而，恒温部件12也不限于水浴箱。
循环部件13包括循环管道17和蠕动泵18。循环管道17将第一存储容器14(其内储存无机铁盐溶液)、蠕动泵18和柱体11依次连接成开放的循环回路以实现铁盐溶液的循环流动，或者将第二存储容器15(其内储存水)、蠕动泵18和柱体11依次连接成开放的循环回路以实现水的循环流动。无机铁盐溶液中的无机铁盐为FeSO4·7H2O、FeCl3·7H2O、FeCl2·4H2O和Fe2(SO4)3·9H2O中的任意一种，本实施例中优选为FeSO4·7H2O；无机铁盐的浓度为10‐40g/L，本实施例中优选为20g/L；无机铁盐与活化后的活性炭的质量比为1:(1‐5)，本实施例中优选为1:2。
流量计16用于将硼氢化钾溶液以1.0L/h的流量从柱体11的顶端加入，该硼氢化钾溶液会随着循环流动的水多次经过柱体11内的填料。硼氢化钾溶液中的硼氢化钾的浓度为1.5g/L，硼氢化钾与无机铁盐的质量比为1:2.5。
本实施例的金属阳离子吸附滤柱生产装置含有四根柱体，然而，根据实际情况，柱体的数目并不限于四根。
本实施例的硼氢化钾溶液的流量为1.0L/h，然而，根据实际情况，流量在0.5‐1.5L/h的范围内均可。
本实施例的硼氢化钾溶液中硼氢化钾的浓度为1.5g/L，然而，根据实际情况，浓度在0.8‐2.0g/L的范围内均可。
本实施例的硼氢化钾与无机铁盐的质量比为1:2.5，然而，根据实际情况，质量比在1:(1‐5)的范围内均可。
实施例五：使用金属阳离子吸附滤柱生产装置来生产金属阳离子吸附滤柱的方法
本实施例提供了一种金属阳离子吸附滤柱的生产方法，其使用了实施例四的金属阳离子吸附滤柱生产装置。该生产方法包括如下步骤：
(1)、将恒温部件调至50‐90℃，采用循环管道将蠕动泵、柱体和第一存储容器依次连接形成开放的循环回路，使第一存储容器内存储的无机铁盐溶液在该循环回路中循环流动，应至少保持柱体的顶端为敞口并且在该循环流动的过程中不补加新鲜的无机铁盐溶液，当无机铁盐溶液经过柱体时会被恒温部件加热而慢慢蒸发，蒸汽会从柱体的顶端逸出，在蒸发的过程中无机铁盐会形成羟基铁负载在活化后的活性炭上；
(2)、待无机铁盐溶液蒸发完毕后，采用循环管道将蠕动泵、柱体和第二存储容器依次连接形成循环回路，使第二存储容器内存储的水在该循环回路中循环流动5‐10min，维持恒温部件的温度不变；
(3)、采用流量计将硼氢化钾溶液以0.5‐1.5L/h的流量从柱体的顶端加入，该硼氢化钾溶液会随着循环流动的水多次经过柱体内的填料，待第二存储容器内存储的水蒸发完毕后至少补加一次水，柱体内的填料即为炭基纳米零价铁，从而得到了实施例三的金属阳离子吸附滤柱。
其中，在本实施例中，金属阳离子吸附滤柱生产装置含有四根柱体和两根排液管，两根柱体的底端与相应的排液管相连通，实际上，柱体的数目并不限于四根，排液管的数目也不限于两根，可以根据具体情况布置。
实施例六：金属阳离子吸附装置
本实施例提供了一种金属阳离子吸附装置，其用于对矿山废水中的金属阳离子进行吸附，这些金属阳离子可以为铜离子、钴离子、金离子和银离子中的任意一种。
如图6所示，本实施例的金属阳离子吸附装置20包括四根实施例三的金属阳离子吸附滤柱21、恒温部件22、蠕动泵23、管道24、用于储存矿山废水的第一储液室25、用于储存处理后的溶液的第二储液室26以及排液管27。
金属阳离子吸附滤柱21中填充有炭基纳米零价铁，其顶端为敞口，底端与排液管27相连通。四根金属阳离子吸附滤柱21的底端分别与对应的两根排液管27相连通。
恒温部件22设于金属阳离子吸附滤柱21的外侧，用于为该金属阳离子吸附滤柱21提供恒温条件，恒温的温度为50‐90℃。本实施例中的恒温部件22为恒温水浴箱，然而，恒温部件22也可以不限于水浴箱。另外，在本实施例中，也可以不设置恒温部件，使金属阳离子吸附滤柱在常温下进行吸附。
蠕动泵23用于将第一储液室25内的矿山废水(即将含有金属阳离子的溶液)以一定的流量从金属阳离子吸附滤柱21的顶端泵入其中，矿山废水从上至下经过炭基纳米零价铁时其中的金属阳离子会被吸附，其吸附机理可能是零价铁和铜离子发生反应，具体反应方程式如下式(1)所示：
处理后的溶液经由金属阳离子吸附滤柱21的底端由排液管27排向第二储液室26。矿山废水的泵入流量为0.05‐0.1L/min。
实施例七：使用金属阳离子吸附装置对矿山废水进行处理的方法
本实施例提供了一种使用实施例六的金属阳离子吸附装置对矿山废水进行处理的方法，其包括如下步骤：
(1)、将恒温部件调至50‐90℃，使金属阳离子吸附滤柱维持50‐90℃的恒温温度；
(2)、采用蠕动泵将矿山废水(即将含有金属阳离子的溶液)以一定的流量从金属阳离子吸附滤柱的顶端泵入，使矿山废水经过金属阳离子吸附滤柱，经由其底端并由排液管排出，得到处理后的溶液。
其中，在本步骤(1)中，也可以不设置恒温部件，使金属阳离子吸附滤柱在常温下进行吸附。
在步骤(2)中，矿山废水的泵入流量为0.05‐0.1L/min，处理后的溶液能够达到排放标准。例如，矿山废水中的铜离子的浓度为10‐100mg/L，排放浓度能达到0.5mg/L，从而达到排放标准。
实施例八：金属阳离子回收系统
本实施例提供了一种金属阳离子回收系统，其用于对矿山废水中的金属阳离子进行回收并使回收后的出水水质达到排放标准，既有利于废物利用又能保护环境。这些金属阳离子可以为铜离子、钴离子、金离子和银离子中的任意一种。
如图7和图8所示，本实施例的金属阳离子回收系统30包括四根实施例三的金属阳离子吸附滤柱31、恒温部件32、蠕动泵33、管道34、用于储存矿山废水的第一储液室35、用于储存处理后的溶液的第二储液室36、用于储存硝酸水溶液的第三储液室37、用于储存回收液的第四储液室38以及排液管39。
金属阳离子吸附滤柱31中填充有炭基纳米零价铁，其顶端为敞口，底端与排液管39相连通。四根金属阳离子吸附滤柱31的底端分别与对应的两根排液管39相连通。
恒温部件32设于金属阳离子吸附滤柱31的外侧，用于为该金属阳离子吸附滤柱31提供恒温条件，恒温的温度为50‐90℃。本实施例中的恒温部件32为恒温水浴箱，然而，恒温部件32也可以不限于水浴箱。另外，也可以不设置恒温部件，使金属阳离子吸附滤柱在常温下进行吸附。
在金属阳离子的吸附阶段，管道34将第一储液室35、蠕动泵33和金属阳离子吸附滤柱31依次串联连通，并将排液管39与第二储液室36串联连通。蠕动泵33用于将第一储液室35内的矿山废水(即含有金属阳离子的溶液)以一定的流量从金属阳离子吸附滤柱31的顶端泵入其中，矿山废水从上至下经过炭基纳米零价铁时其中的金属阳离子会被吸附，处理后的溶液经由金属阳离子吸附滤柱31的底端由排液管39排向第二储液室36。矿山废水的泵入流量为0.05‐0.1L/min。
在金属阳离子的解吸附阶段，管道34将第三储液室37、蠕动泵33和金属阳离子吸附滤柱31依次串联连通，并将排液管39与第四储液室38串联连通。蠕动泵33用于将第三储液室37内的硝酸水溶液以一定的流量从金属阳离子吸附滤柱31的顶端泵入其中，硝酸水溶液从上至下经过炭基纳米零价铁时其中吸附的金属阳离子会发生解吸附并随着溶液经由金属阳离子吸附滤柱31的底端由排液管39排向第四储液室38，第四储液室38所储存的回收液即含有金属阳离子。
上述的金属阳离子可以为铜离子、钴离子、金离子和银离子。以铜离子为例进行实验，实验结果证明回收液中含有的铜离子的浓度高达2000mg/L。
实施例九：采用金属阳离子回收系统对矿山废水中的金属阳离子进行回收的方法
本实施例提供了一种采用了实施例八的金属阳离子回收系统对矿山废水中的金属阳离子进行回收的方法，其包括如下步骤：
(1)、将恒温部件调至50‐90℃，使金属阳离子吸附滤柱维持50‐90℃的恒温温度；
(2)、采用蠕动泵将矿山废水(即含有金属阳离子的溶液)以一定的流量从金属阳离子吸附滤柱的一端泵入其中，使之经过金属阳离子吸附滤柱并从其另一端流出，得到处理后的溶液；矿山废水在经过金属阳离子吸附滤柱时其中的金属阳离子会被吸附；
(3)、采用蠕动泵将硝酸水溶液以一定的流量从金属阳离子吸附滤柱的一端泵入，使之经过金属阳离子吸附滤柱并从其另一端流出，得到含有金属阳离子的回收液；硝酸水溶液在经过金属阳离子吸附滤柱时会使被吸附的金属阳离子发生解吸附，并随着溶液的流动经由金属阳离子吸附滤柱的底端排出。
其中，在步骤(1)中，也可以不设置恒温部件，使金属阳离子吸附滤柱在常温下进行吸附。
在步骤(2)中，矿山废水在泵入时的流量为0.05‐0.1L/min。
在步骤(3)中，硝酸水溶液的体积浓度为10‐20％，并且该硝酸水溶液在泵入时的流量也为0.05‐0.1L/min。
经过回收之后，矿山废水转换为符合排放标准的液体，可以直接排放入河道中，从而降低了对环境的污染；另外，回收后的金属阳离子也可以用作其他用途，有利于实现废物的再利用。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种炭基纳米零价铁的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)、将活化后的活性炭浸润在开放的循环流动的无机铁盐溶液中并维持该活化后的活性炭的浸润温度为50‐90℃的恒温，待所述无机铁盐溶液蒸发完毕后将所得产物用水清洗5‐10min，得到炭基纳米羟基铁；
(2)、将步骤(1)所得的炭基纳米羟基铁浸润在循环流动的水中并维持该炭基纳米羟基铁的浸润温度为50‐90℃的恒温，将硼氢化钾溶液以0.5‐1.5L/h的流量加入所述炭基纳米羟基铁中，补加至少一次水后，得到炭基纳米零价铁；
优选地，在步骤(1)中，无机铁盐溶液中的无机铁盐的浓度为10‐40g/L，所述无机铁盐与所述活化后的活性炭的质量比为1:(1‐5)；和/或，
在步骤(2)中，硼氢化钾溶液中硼氢化钾的浓度为0.8‐2.0g/L，所述硼氢化钾与所述无机铁盐的质量比为1:(1‐5)。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述活化后的活性炭的制备方法为：将颗粒活性炭与去离子水混合后加热至所述去离子水呈沸腾状态，保持该沸腾状态20‐30min，自然冷却至室温并继续放置5‐8h，去掉上层液体后用去离子水超声清洗沉淀2‐4遍，于110‐130℃干燥至恒重，得到所述活化后的活性炭；和/或，
在步骤(1)中，所述无机铁盐为FeSO4·7H2O、FeCl3·7H2O、FeCl2·4H2O和Fe2(SO4)3·9H2O中的任意一种。
3.一种炭基纳米零价铁，其特征在于：其由如权利要求1或2所述的制备方法制备而成。
4.一种金属阳离子吸附滤柱，其特征在于：包括柱体和填充在所述柱体中的滤料，所述滤料为如权利要求3所述的炭基纳米零价铁。
5.一种用于生产如权利要求4的金属阳离子吸附滤柱的装置，其特征在于：包括：至少一根柱体、为所述柱体提供恒温的恒温部件、用于实现无机铁盐溶液或水循环流动的循环部件、用于储存所述无机铁盐溶液的第一存储容器、用于储存水的第二存储容器以及用于将硼氢化钾溶液以0.5‐1.5L/h的流量加入到循环流动的水中的流量计，所述柱体内填充有活化后的活性炭，所述柱体的顶端开口为敞口，所述恒温的温度为50‐90℃，所述循环部件包括循环管道和蠕动泵，所述循环管道将所述蠕动泵和所述柱体与所述第一存储容器或所述第二存储容器依次连接以形成循环回路。
6.一种使用如权利要求5所述的装置来生产如权利要求4的金属阳离子吸附滤柱的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)、将恒温部件调至50‐90℃，采用循环管道将蠕动泵、柱体和第一存储容器依次连接形成循环回路，使第一存储容器内储存的无机铁盐溶液在该循环回路中循环流动；
(2)、待所述无机铁盐溶液蒸发完毕后，采用循环管道将蠕动泵、柱体和第二存储容器依次连接形成循环回路，使第二存储容器内存储的水在该循环回路中循环流动5‐10min；
(3)、采用流量计将硼氢化钾溶液以0.5‐1.5L/h的流量加入到循环流动的水中，待所述第二存储容器内存储的水蒸发完毕后补加至少一次水，得到金属阳离子吸附滤柱。
7.一种金属阳离子吸附装置，其特征在于：包括：至少一根如权利要求4所述的金属阳离子吸附滤柱以及将含有金属阳离子的溶液以一定的流量泵入所述金属阳离子吸附滤柱的一端的蠕动泵，所述金属阳离子吸附滤柱的另一端流出处理后的溶液；
优选地，所述金属阳离子为铜离子、钴离子、金离子和银离子；和/或，
所述含有金属阳离子的溶液的流量为0.05‐0.1L/min。
8.一种使用如权利要求7所述的金属阳离子吸附装置对矿山废水进行处理的方法，其特征在于：包括如下步骤：
采用蠕动泵将含有金属阳离子的废水以一定的流量从所述金属阳离子吸附滤柱的一端泵入，使之经过所述金属阳离子吸附滤柱并从其另一端流出，得到处理后的溶液；
优选地，在步骤(2)中，所述金属阳离子为铜离子、钴离子、金离子和银离子；和/或，
在步骤(2)中，所述含有金属阳离子的溶液的泵入流量为0.05‐0.1L/min。
9.一种金属阳离子回收系统，其特征在于：包括：至少一根如权利要求4所述的金属阳离子吸附滤柱以及将含有金属阳离子的溶液或硝酸水溶液泵入所述金属阳离子吸附滤柱的一端的蠕动泵，所述金属阳离子吸附滤柱的另一端流出处理后的溶液或含有所述金属阳离子的回收液；
优选地，所述金属阳离子为铜离子、钴离子、金离子和银离子。
10.一种使用如权利要求9所述的金属阳离子回收系统对矿山废水中的金属阳离子进行回收的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)、采用蠕动泵将含有金属阳离子的溶液以一定的流量从所述金属阳离子吸附滤柱的一端泵入，使之经过所述金属阳离子吸附滤柱并从其另一端流出，得到处理后的溶液；
(2)、采用蠕动泵将硝酸水溶液从所述金属阳离子吸附滤柱的一端泵入，使之经过所述金属阳离子吸附滤柱并从其另一端流出，得到含有所述金属阳离子的回收液；
优选地，在步骤(1)中，所述金属阳离子为铜离子、钴离子、金离子和银离子；和/或，
在步骤(1)中，所述含有金属阳离子的溶液的泵入流量为0.05‐0.1L/min；和/或，
在步骤(2)中，所述硝酸水溶液的体积浓度为10‐20％。
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