CN106861598B - CuS纳米晶吸附剂及其制备方法与电镀铜废水处理中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及CuS纳米晶吸附剂及其制备方法与电镀铜废水处理中的应用,该吸附剂为CuS纳米晶。采用低温沉淀法制备多种形貌的CuS纳米晶作为重金属吸附剂,并以电镀铜废水为应用对象,进行吸附去除实验。该吸附剂投加于高浓度工业电镀铜废水中,对于铜的去除率在10分钟内达到99%以上。与现有技术相比,本发明纳米晶吸附剂可有效去除Cu2+离子,对电镀铜废水的处理效果非常好,且使用方便仅需投加药剂,不增加设备及工艺,可有效降低处理电镀铜废水的成本。
Description
技术领域
本发明涉及重金属去除领域,具体涉及一种适用于电镀废水处理、吸附能力强的CuS纳米晶吸附剂及其制备方法与应用。
背景技术
重金属废水是环境中重金属污染物的主要来源之一。电子电镀、制革、矿业采选业是典型的重金属污染行业,占工业废水排放总量的16%。其中电镀废水的来源有镀件清洗水、镀电镀液以及其它废水等。电镀废水常与电镀生产的工艺条件、生产负荷与操作管理等因素有关,其成分不易控制,重金属形态复杂,背景离子浓度较高,且常与有机物共存。
目前电镀废水采用的废水治理方法有很多,如化学沉淀法、离子交换法、膜分离法、电解法、吸附法、生物法等。吸附法作为重金属废水处理的主流技术之一,在应对复杂多样的电镀废水时,须采用多步分级处理以达到排放标准。特别是在2008年实行新标准《电镀污染物排放标准GB21900-2008》后,常规处理较难达到新的排放标准。同时由于传统吸附材料吸附处理能力有限,存在用料量大,工艺流程长以及运行成本高等问题,且不能保证废水处理稳定进行,难以满足电镀废水处理的需求。发展高效吸附材料是实现电镀废水深度处理的关键。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种CuS纳米晶吸附剂及其制备方法与应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:一种CuS纳米晶吸附剂,该吸附剂为CuS纳米晶,用于脱除废水中的Cu2+,该吸附剂具有大的比表面积和高反应活性,对电镀铜废水中的Cu2+具有超高亲和性,比表面积为180~400m2/g。
所述的CuS纳米晶吸附剂的形状为海胆状、剑麻状或鲜花状的一种,粒径大小为50~500nm。
一种如上述的CuS纳米晶吸附剂的制备方法,包括以下几个步骤:
(1)在含铜盐中加入蒸馏水,通过超声进行充分溶解得到铜盐溶液;
(2)将硫源注入步骤(1)所得的铜盐溶液中,低温下反应得到CuS纳米晶;
(3)通过离心得到固体CuS纳米晶,然后对其进行清洗、真空干燥,得到CuS纳米晶吸附剂。
步骤(1)所述的含铜盐包括CuCl2、CuSO4或Cu(NO3)2中的一种或者多种,铜盐溶液采用蒸馏水进行配置。
步骤(2)所述的硫源包括Na2S、CH3CSNH2、CN2H4S或C3H7NO2S中的一种或者多种,硫源的添加量为硫源与含铜盐的化学计量比为(1~3):1,硫源注入所述铜盐溶液的速度为50~100μl/s。
步骤(2)所述反应的反应温度为50~90℃。
步骤(3)所述真空干燥的温度为30~60℃。
一种如上述的CuS纳米晶吸附剂的应用,该吸附剂应用于含电镀废水中Cu2+的脱除,包括以下几个步骤:
(1)将CuS纳米晶吸附剂与水进行充分混合,制备成CuS纳米晶吸附剂质量百分含量为10~20%的纳米匀浆;
(2)将步骤(1)所得的纳米匀浆加入到预调pH的电镀废水中,慢速搅拌混合,将电镀废水中的重金属离子吸附到CuS纳米晶吸附剂上,进行Cu2+的脱除,达到去除重金属的目的;
步骤(2)所述的电镀废水在处理之前进行pH的预调,将pH调节至6~8。
步骤(2)中Cu2+的脱除时间为≥10min。
与现有技术相比,本发明的有益效果体现在以下几方面:
(1)本发明以CuS纳米晶为吸附剂,充分利用纳米晶的高比表面积和反应活性,及CuS对铜离子较高的选择性和灵敏性,实现对电镀铜废水的高效处理。
(2)本发明制备过程简单,易于控制,制备的吸附材料为不规则的海胆状、剑麻状或鲜花状CuS纳米晶,具有较大的吸附容量,因此用于电镀铜废水的处理其使用量较少。
(3)本发明所制备的吸附剂通过对废水中铜离子的吸附去除,可以在吸附剂与铜离子的接触中直接实现,节省了破络合剂的使用。
(4)本发明所制备的CuS纳米晶吸附剂对电镀铜废水铜离子的吸附时间仅为10min,相对于传统工艺大大缩短了处理时间。
(5)本发明所制备的CuS纳米晶吸附剂处理电镀铜废水能长期稳定运行,废水达标排放。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
称取10g CuCl2置于装有1000mL蒸馏水的烧杯中,超声混合5min获得CuCl2溶液;同时配置100ml硫源溶液(CN2H4S 8g,聚乙二醇0.50g)。在磁力搅拌的状态下将所配置的硫脲溶液以55μl/s注入CuCl2溶液中,于50℃下反应5h。反应完成后,通过离心将吸附剂从溶液中分离出来,蒸馏水洗涤后,于80℃下真空干燥,制得鲜花状CuS纳米晶作为电镀铜废水吸附剂。经检测,CuS纳米晶的比表面积为180m2/g。
将上述制备好的鲜花状CuS纳米晶吸附剂投入蒸馏水中进行分散,充分混匀30min后配置成15%的纳米匀浆,注入电镀铜废水中(pH值6),室温25℃下,以100转/分的低速搅拌混合,将废水中的铜吸附到吸附剂上,废水中的铜去除率达99%以上。其中所述吸附剂在废水中的停留时间为10min。
实施例2
一种CuS纳米晶吸附剂在电镀铜废水中的应用,包括以下步骤:
(1)CuS纳米晶的制备:将30g Cu(NO3)2置于装有2000mL蒸馏水的烧杯中,超声波处理30min获得Cu(NO3)2溶液,同时配置200ml硫源溶液(CH3CSNH215g,羧甲基纤维素1g)。在磁力搅拌的状态下将所配置的硫代乙酰胺溶液以100μl/s注入预配的Cu(NO3)2溶液中,于50℃下反应10h。
(2)反应完成后,通过离心将吸附剂从溶液中分离出来,蒸馏水洗涤后,于真空度为-1.0Mpa,60℃的条件下进行真空干燥,制备得到剑麻状CuS纳米晶作为电镀铜废水吸附剂。
(3)所制备的CuS纳米晶用于电镀铜废水的处理:将上述制备好的剑麻状CuS纳米晶吸附剂加入适当体积的蒸馏水中进行分散,充分搅拌混匀10min后即得20%的CuS纳米晶匀浆。调节电镀铜废水的pH值至7,此时将上述配置的CuS纳米晶匀浆投入,室温下采用机械搅拌混合促进吸附剂与重金属的充分接触,利用纳米晶的高效吸附性能将电镀铜废水中的铜离子吸附去除,经检测,废水中的铜去除率达99.5%。其中所述吸附剂在废水中的停留时间为30min。
实施例3
一种CuS纳米晶吸附剂在电镀铜废水中的应用,包括以下步骤:
(1)CuS纳米晶的制备:将25g CuSO4置于装有2000mL蒸馏水的烧杯中,超声波处理30min获得CuSO4溶液,同时配置200ml硫源溶液(Na2S·9H2O 48g)。在磁力搅拌的状态下将所配置的硫化钠水溶液以50μl/s注入预配的Cu(NO3)2溶液中,并于90℃下反应2h。
(2)反应完成后,通过离心将吸附剂从溶液中分离出来,蒸馏水洗涤后,于50℃的条件下进行真空干燥,制备得到海胆状CuS纳米晶作为电镀铜废水吸附剂。
(3)所制备的CuS纳米晶用于电镀铜废水的处理:将上述制备好的海胆状CuS纳米晶吸附剂加入适当体积的蒸馏水中进行分散,充分搅拌混匀60min后即得10%的CuS纳米晶匀浆。将上述CuS纳米晶匀浆加入经预处理后的电镀铜废水中,使废水的pH值为6-9之间即可,通过搅拌混合使吸附剂与重金属的充分接触,利用纳米晶的高效吸附性能将电镀铜废水中的铜离子吸附去除。其中所述吸附剂在废水中的停留时间为15min,反应温度为25℃。所述的吸附剂加入废水的量为1.5L CuS纳米晶匀浆/吨水。
实施例4
一种CuS纳米晶吸附剂的制备方法及应用,包括以下几个步骤:
(1)在CuCl2中加入蒸馏水,通过超声进行充分溶解得到CuCl2溶液;
(2)将C3H7NO2S按照100μl/s的速度注入步骤(1)所得的CuCl2溶液中,90℃下反应得到CuS纳米晶;C3H7NO2S与CuCl2的化学计量比为3:1;
(3)通过离心得到固体CuS纳米晶,然后对其进行清洗、60℃真空干燥,得到CuS纳米晶吸附剂,比表面积为300m2/g,粒径大小为400~500nm,形状为剑麻状。
(4)将CuS纳米晶吸附剂与水进行充分混合,制备成CuS纳米晶吸附剂质量百分含量为20%的纳米匀浆;所得的纳米匀浆加入到预调pH为6~8的电镀废水中,慢速搅拌混合,将电镀废水中的重金属离子吸附到CuS纳米晶吸附剂上,进行Cu2+的脱除,脱除时间为10min,达到去除重金属的目的。
实施例4
一种CuS纳米晶吸附剂的制备方法及应用,包括以下几个步骤:
(1)在CuCl2中加入蒸馏水,通过超声进行充分溶解得到CuCl2溶液;
(2)将C3H7NO2S按照50μl/s的速度注入步骤(1)所得的CuCl2溶液中,50℃下反应得到CuS纳米晶;C3H7NO2S与CuCl2的化学计量比为1:1;
(3)通过离心得到固体CuS纳米晶,然后对其进行清洗、30℃真空干燥,得到CuS纳米晶吸附剂,比表面积为400m2/g,粒径大小为50~100nm,形状为海胆状。
(4)将CuS纳米晶吸附剂与水进行充分混合,制备成CuS纳米晶吸附剂质量百分含量为10%的纳米匀浆;所得的纳米匀浆加入到预调pH为6~8的电镀废水中,慢速搅拌混合,将电镀废水中的重金属离子吸附到CuS纳米晶吸附剂上,进行Cu2+的脱除,脱除时间为10min,达到去除重金属的目的。
Claims (7)
1.一种CuS纳米晶吸附剂,其特征在于,该吸附剂为CuS纳米晶;所述的CuS纳米晶吸附剂的形状为海胆状、剑麻状或鲜花状的一种,粒径大小为50~500nm,比表面积为180~400m2/g;吸附剂应用于含电镀废水中Cu2+的脱除;
所述的吸附剂通过以下方法制得:
(1)在含铜盐中加入蒸馏水,通过超声进行充分溶解得到铜盐溶液;
(2)将硫源注入步骤(1)所得的铜盐溶液中,反应得到CuS纳米晶;所述反应的反应温度为50~90℃;所述的硫源包括Na2S、CH3CSNH2、CN2H4S或C3H7NO2S中的一种或者多种,所述含铜盐与硫源按化学计量比1:(1~3)进行反应,硫源注入所述铜盐溶液的速度为50~100μl/s;
(3)通过离心得到固体CuS纳米晶,然后对其进行清洗、真空干燥,得到CuS纳米晶吸附剂。
2.一种如权利要求1所述的CuS纳米晶吸附剂的制备方法,其特征在于,该方法包括以下几个步骤:
(1)在含铜盐中加入蒸馏水,通过超声进行充分溶解得到铜盐溶液;
(2)将硫源注入步骤(1)所得的铜盐溶液中,反应得到CuS纳米晶;所述反应的反应温度为50~90℃;
(3)通过离心得到固体CuS纳米晶,然后对其进行清洗、真空干燥,得到CuS纳米晶吸附剂。
3.根据权利要求2所述的一种CuS纳米晶吸附剂的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述的含铜盐包括CuCl2、CuSO4或Cu(NO3)2中的一种或者多种。
4.根据权利要求2所述的一种CuS纳米晶吸附剂的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述真空干燥的温度为30~80℃。
5.一种如权利要求1所述的CuS纳米晶吸附剂的应用,其特征在于,该吸附剂应用于含电镀废水中Cu2+的脱除,包括以下几个步骤:
(1)将CuS纳米晶吸附剂与水进行充分混合,制备成CuS纳米晶吸附剂质量百分含量为10~20%的纳米匀浆;
(2)将步骤(1)所得的纳米匀浆加入到电镀废水中,慢速搅拌混合,进行Cu2+的脱除。
6.根据权利要求5所述的一种CuS纳米晶吸附剂的应用,其特征在于,步骤(2)所述的电镀废水在处理之前进行pH的预调,将pH调节至6~8。
7.根据权利要求5所述的CuS纳米晶吸附剂的应用,其特征在于,步骤(2)中Cu2+的脱除时间为≥10min。
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GR01 | Patent grant | ||
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