CN107321325A - 一种吸附污水重金属的纳米材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种吸附污水重金属的纳米材料，由以下重量份数的原料制成，包括纳米银25‑33份、纳米二氧化钛15‑20份、间苯二酚9‑12份、二甲基硅油5‑10份、硅胶13‑18份、羧甲基纤维素钠6‑12份、纳米碳化硅5‑18份、稻谷22‑24份、丝瓜络6‑17份、多异氰酸酯5‑10份、氰酸酯12‑14份、六偏磷酸钠15‑20份、酒石酸3‑8份、纤维素醚11‑14份、异石英粉20‑24份、乙酸戊酯7‑8份、偶氮二异丁腈5‑8份、对甲苯磺酰肼4‑11份和碳酸钠20‑24份。该吸附污水重金属的纳米材料吸附效率高，重量轻，保存时间长，具有杀菌功能。

Description

一种吸附污水重金属的纳米材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种吸附污水重金属的纳米材料及其制备方法。
背景技术
重金属废水是指矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中排出的含重金属的废水。重金属（如含镉、镍、汞、锌等）废水是对一环境污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一，其水质水量与生产工艺有关。废水中的重金属一般不能分解破坏，只能转移其存在位置和转变其物化形态。处理方法首先是改革生产工艺，不用或少用毒性大的重金属，在生产地点就地处理（如不排出生产车间），常采用化学沉淀法、离子交换法、吸附法等进行处理，处理后的水中重金属低于排放标准可以排放或回用。形成新的重金属浓缩产物尽量回收利用或加以无害化处理。
废水中的重金属是各种常用方法不能分解破坏的，而只能转移它们的存在位置和转变它们的物理和化学形态。例如，经化学沉淀处理后，废水中的重金属从溶解的离子状态转变成难溶性化合物而沉淀下来，从水中转移到污泥中；经离子交换处理后，废水中的金属离子转移到离子交换树脂上；经再生后又从离子交换树脂上转移到再生废液中。总之，重金属废水经处理后形成两种产物，一是基本上脱除了重金属的处理水，一是重金属的浓缩产物。重金属浓度低于排放标准的处理水可以排放；如果符合生产工艺用水要求，最好回用。浓缩产物中的重金属大都有使用价值，应尽量回收利用；没有回收价值的，要加以无害化处理。
重金属废水的治理，必须采用综合措施。首先，最根本的是改革生产工艺，不用或少用毒性大的重金属；其次是在使用重金属的生产过程中采用合理的工艺流程和完善的生产设备，实行科学的生产管理和运行操作，减少重金属的耗用量和随废水的流失量；在此基础上对数量少、浓度低的废水进行有效的处理。重金属废水应当在产生地点就地处理，不同其他废水混合，以免使处理复杂化。更不应当不经处理直接排入城市下水道，同城市污水混合进入污水处理厂。如果用含有重金属的污泥和废水作为肥料和灌溉农田，会使土壤受污染，造成重金属在农作物中积蓄，最终通过食用危害人体健康。在农作物中富集系数最高的重金属是镉、镍和锌，而在水生生物中富集系数最高的重金属是汞、锌等。
目前现有的重金属污水的处理材料吸附效率不高，重量较重，保存时间不长，不具有杀菌功能。
发明内容
有鉴于此，本发明目的是提供一种吸附效率高，重量轻，保存时间长，具有杀菌功能的吸附污水重金属的纳米材料。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种吸附污水重金属的纳米材料，由以下重量份数的原料制成，包括纳米银25-33份、纳米二氧化钛15-20份、间苯二酚9-12份、二甲基硅油5-10份、硅胶13-18份、羧甲基纤维素钠6-12份、纳米碳化硅5-18份、稻谷22-24份、丝瓜络6-17份、多异氰酸酯5-10份、氰酸酯12-14份、六偏磷酸钠15-20份、酒石酸3-8份、纤维素醚11-14份、异石英粉20-24份、乙酸戊酯7-8份、偶氮二异丁腈5-8份、对甲苯磺酰肼4-11份和碳酸钠20-24份。
进一步的，由以下重量份数的原料制成，包括纳米银25份、纳米二氧化钛15份、间苯二酚9份、二甲基硅油5份、硅胶13份、羧甲基纤维素钠6份、纳米碳化硅5份、稻谷22份、丝瓜络6份、多异氰酸酯5份、氰酸酯12份、六偏磷酸钠15份、酒石酸3份、纤维素醚11份、异石英粉20份、乙酸戊酯7份、偶氮二异丁腈5份、对甲苯磺酰肼4份和碳酸钠20份。
进一步的，由以下重量份数的原料制成，包括纳米银29份、纳米二氧化钛17.5份、间苯二酚10.5份、二甲基硅油7.5份、硅胶15.5份、羧甲基纤维素钠9份、纳米碳化硅11.5份、稻谷23份、丝瓜络11.5份、多异氰酸酯7.5份、氰酸酯13份、六偏磷酸钠17.5份、酒石酸5.5份、纤维素醚12.5份、异石英粉22份、乙酸戊酯7.5份、偶氮二异丁腈6.5份、对甲苯磺酰肼7.5份和碳酸钠22份。
进一步的，由以下重量份数的原料制成，包括纳米银33份、纳米二氧化钛20份、间苯二酚12份、二甲基硅油10份、硅胶18份、羧甲基纤维素钠12份、纳米碳化硅18份、稻谷24份、丝瓜络17份、多异氰酸酯10份、氰酸酯14份、六偏磷酸钠20份、酒石酸8份、纤维素醚14份、异石英粉24份、乙酸戊酯8份、偶氮二异丁腈8份、对甲苯磺酰肼11份和碳酸钠24份。
本发明要解决的另一技术问题为提供一种吸附污水重金属的纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
1）将纳米银25-33份、纳米二氧化钛15-20份、间苯二酚9-12份、二甲基硅油5-10份、硅胶13-18份、羧甲基纤维素钠6-12份、纳米碳化硅5-18份、稻谷22-24份、丝瓜络6-17份、多异氰酸酯5-10份投入到干燥箱中，调节温度为58-75℃，干燥3-5小时，备用；
2）将步骤1）所得原料投入到搅拌器中，调节搅拌速度为1500-1800 r/min，搅拌20-25分钟，备用；
3）将氰酸酯12-14份、六偏磷酸钠15-20份、酒石酸3-8份、纤维素醚11-14份、异石英粉20-24份、乙酸戊酯7-8份、偶氮二异丁腈5-8份、对甲苯磺酰肼4-11份和碳酸钠20-24份在2.5%盐酸溶液中浸泡3-8分钟，备用；
4）将步骤3）所得原料投入到反应釜内，调节温度为45-55℃，搅拌速度为2500-3500 r/min，反应20-35分钟，备用；
5）将步骤2）所得原料投入到步骤4）的反应釜内，提升加热温度为100-110℃反应25-30分钟，备用；
6）将步骤5）所得原料再次投入到干燥箱内，调节干燥温度为70-75℃，干燥至原料的含水率小于4%；
7）将步骤6）所得原料投入到造粒机中，调节加热温度为220-240℃，挤出得到直径为6mm直径的颗粒，即可。
本发明技术效果主要体现在以下方面：添加的纳米二氧化钛、间苯二酚、二甲基硅油、硅胶、羧甲基纤维素钠、纳米碳化硅、稻谷、丝瓜络使得吸附效率高，其中的稻谷、丝瓜络可降解，能够降低对环境的污染；添加的六偏磷酸钠、酒石酸、纤维素醚、异石英粉、乙酸戊酯使得材料抗老化，保存时间长，并且添加的纳米银具有杀菌的功能；添加的偶氮二异丁腈、对甲苯磺酰肼和碳酸钠具有发泡功能，使得材料内部形成气泡，使得重量轻，并且使得吸附效果好。
具体实施方式
实施例1
一种吸附污水重金属的纳米材料，由以下重量份数的原料制成，包括纳米银25份、纳米二氧化钛15份、间苯二酚9份、二甲基硅油5份、硅胶13份、羧甲基纤维素钠6份、纳米碳化硅5份、稻谷22份、丝瓜络6份、多异氰酸酯5份、氰酸酯12份、六偏磷酸钠15份、酒石酸3份、纤维素醚11份、异石英粉20份、乙酸戊酯7份、偶氮二异丁腈5份、对甲苯磺酰肼4份和碳酸钠20份。
一种吸附污水重金属的纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
1）将纳米银25份、纳米二氧化钛15份、间苯二酚9份、二甲基硅油5份、硅胶13份、羧甲基纤维素钠6份、纳米碳化硅5份、稻谷22份、丝瓜络6份、多异氰酸酯5份投入到干燥箱中，调节温度为58-75℃，干燥3-5小时，备用；
2）将步骤1）所得原料投入到搅拌器中，调节搅拌速度为1500-1800 r/min，搅拌20-25分钟，备用；
3）将氰酸酯12份、六偏磷酸钠15份、酒石酸3份、纤维素醚11份、异石英粉20份、乙酸戊酯7份、偶氮二异丁腈5份、对甲苯磺酰肼4份和碳酸钠20份在2.5%盐酸溶液中浸泡3-8分钟，备用；
4）将步骤3）所得原料投入到反应釜内，调节温度为45-55℃，搅拌速度为2500-3500 r/min，反应20-35分钟，备用；
5）将步骤2）所得原料投入到步骤4）的反应釜内，提高加热温度至100-110℃，反应25-30分钟，备用；
6）将步骤5）所得原料再次投入到干燥箱内，调节干燥温度为70-75℃，干燥至原料的含水率小于4%；
7）将步骤6）所得原料投入到造粒机中，提高加热温度至220-240℃，挤出得到直径为6mm直径的颗粒，即可。
实施例2
一种吸附污水重金属的纳米材料，由以下重量份数的原料制成，包括纳米银29份、纳米二氧化钛17.5份、间苯二酚10.5份、二甲基硅油7.5份、硅胶15.5份、羧甲基纤维素钠9份、纳米碳化硅11.5份、稻谷23份、丝瓜络11.5份、多异氰酸酯7.5份、氰酸酯13份、六偏磷酸钠17.5份、酒石酸5.5份、纤维素醚12.5份、异石英粉22份、乙酸戊酯7.5份、偶氮二异丁腈6.5份、对甲苯磺酰肼7.5份和碳酸钠22份。
一种吸附污水重金属的纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
1）将纳米银29份、纳米二氧化钛17.5份、间苯二酚10.5份、二甲基硅油7.5份、硅胶15.5份、羧甲基纤维素钠9份、纳米碳化硅11.5份、稻谷23份、丝瓜络11.5份、多异氰酸酯7.5份投入到干燥箱中，调节温度为58-75℃，干燥3-5小时，备用；
2）将步骤1）所得原料投入到搅拌器中，调节搅拌速度为1500-1800 r/min，搅拌20-25分钟，备用；
3）将氰酸酯13份、六偏磷酸钠17.5份、酒石酸5.5份、纤维素醚12.5份、异石英粉22份、乙酸戊酯7.5份、偶氮二异丁腈6.5份、对甲苯磺酰肼7.5份和碳酸钠22份在2.5%盐酸溶液中浸泡3-8分钟，备用；
4）将步骤3）所得原料投入到反应釜内，调节温度为45-55℃，搅拌速度为2500-3500 r/min，反应20-35分钟，备用；
5）将步骤2）所得原料投入到步骤4）的反应釜内，提升加热温度为100-110℃反应25-30分钟，备用；
6）将步骤5）所得原料再次投入到干燥箱内，调节干燥温度为70-75℃，干燥至原料的含水率小于4%；
7）将步骤6）所得原料投入到造粒机中，调节加热温度为220-240℃，挤出得到直径为6mm直径的颗粒，即可。
实施例3
一种吸附污水重金属的纳米材料，由以下重量份数的原料制成，包括纳米银33份、纳米二氧化钛20份、间苯二酚12份、二甲基硅油10份、硅胶18份、羧甲基纤维素钠12份、纳米碳化硅18份、稻谷24份、丝瓜络17份、多异氰酸酯10份、氰酸酯14份、六偏磷酸钠20份、酒石酸8份、纤维素醚14份、异石英粉24份、乙酸戊酯8份、偶氮二异丁腈8份、对甲苯磺酰肼11份和碳酸钠24份。
一种吸附污水重金属的纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
1）将纳米银33份、纳米二氧化钛20份、间苯二酚12份、二甲基硅油10份、硅胶18份、羧甲基纤维素钠12份、纳米碳化硅18份、稻谷24份、丝瓜络17份、多异氰酸酯10份投入到干燥箱中，调节温度为58-75℃，干燥3-5小时，备用；
2）将步骤1）所得原料投入到搅拌器中，调节搅拌速度为1500-1800 r/min，搅拌20-25分钟，备用；
3）将氰酸酯14份、六偏磷酸钠20份、酒石酸8份、纤维素醚14份、异石英粉24份、乙酸戊酯8份、偶氮二异丁腈8份、对甲苯磺酰肼11份和碳酸钠24份在2.5%盐酸溶液中浸泡3-8分钟，备用；
4）将步骤3）所得原料投入到反应釜内，调节温度为45-55℃，搅拌速度为2500-3500 r/min，反应20-35分钟，备用；
5）将步骤2）所得原料投入到步骤4）的反应釜内，提升加热温度为100-110℃反应25-30分钟，备用；
6）将步骤5）所得原料再次投入到干燥箱内，调节干燥温度为70-75℃，干燥至原料的含水率小于4%；
7）将步骤6）所得原料投入到造粒机中，调节加热温度为220-240℃，挤出得到直径为6mm直径的颗粒，即可。
实验例1
实验对象：选取普通纳米材料、特制纳米材料以及本发明的纳米材料进行测试对比。
实验要求：将普通纳米材料（即市场上常见的普通纳米材料）、特制纳米材料（即市场上常见的具有杀菌效果的纳米材料）以及本发明的纳米材料分别取重量为10g，投入到三个容量为1 L的烧杯中，并且烧杯内注入200ml污水，经ICP-OES检测得知此污水中镉浓度为4 mg/l，铬浓度为7 mg/l，汞浓度为3mg/l，铅浓度为2.6 mg/l，银浓度为1.2mg/l，镍浓度为5 mg/l，铍浓度为2 mg/l，此污水中可检测到的重金属总含量合计为4.96 g。
实验方法：对投入烧杯之前的纳米材料进行抗老化检测，通过老化试验箱进行检测，并且调节测试温度温度为120℃，相对湿度为85%，气压为106 kPa，臭氧浓度为45%，紫外线光照强度为25 uw/cm2，得到老化时间；当纳米材料从烧杯内取出后，测量吸附杂质的纳米材料的重量，即可实现吸附效果的检测；杀菌效果通过准GB15981-1995 对吸附后的污水进行检测。
记录实验检测的数据，如下表：
其中，普通纳米材料增重2.1g，吸附效率为42.3%；特制纳米材料增重为2.8g，吸附效率为56.5%；本发明纳米材料增重4.1g，吸附效率为82.7%。
结合上表，对比三组不同的实验对象经过实验所得的数据，本发明的纳米材料抗老化效果更好，吸附效果更好，杀菌效果更好。
实验例2
实验对象：选取普通纳米材料、特制纳米材料以及本发明的纳米材料进行测试对比。
实验要求：将普通纳米材料（即市场上常见的普通纳米材料）、特制纳米材料（即市场上常见的具有杀菌效果的纳米材料）以及本发明的纳米材料分别取重量为5 g，投入到100 ml含有铜离子、汞离子和铅离子的污水中(铜离子浓度为60 mg/l，汞离子浓度为80mg/l和铅离子浓度为95 mg/l)。
实验方法：将纳米材料投入污水中，调节测试温度温度为25℃，污水PH值为2，搅拌混合12小时后重新检测污水中铜离子、汞离子和铅离子的含量。
其中，普通纳米材料铜离子、汞离子、铅离子含量去除率分别为50.67%、61.00%、57.90%；特制纳米材料铜离子、汞离子、铅离子含量去除率分别为59.17%、65.25%、65.79%；本发明纳米材料铜离子、汞离子、铅离子含量去除率分别为82.33%、85.38%、84.84%。
结合上表，对比三组不同的实验对象经过实验所得的数据，本发明的纳米材料对铜离子、汞离子、铅离子均具有良好的吸附效果，能够有效地去除污水中的重金属离子。
本发明技术效果主要体现在以下方面：添加的纳米二氧化钛、间苯二酚、二甲基硅油、硅胶、羧甲基纤维素钠、纳米碳化硅、稻谷、丝瓜络使得吸附效率高，其中的稻谷、丝瓜络可降解，能够降低对环境的污染；添加的六偏磷酸钠、酒石酸、纤维素醚、异石英粉、乙酸戊酯使得材料抗老化，保存时间长，并且添加的纳米银具有杀菌的功能；添加的偶氮二异丁腈、对甲苯磺酰肼和碳酸钠具有发泡功能，使得材料内部形成气泡，使得重量轻，并且使得吸附效果好。
当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种吸附污水重金属的纳米材料，其特征在于：由以下重量份数的原料制成，包括纳米银25-33份、纳米二氧化钛15-20份、间苯二酚9-12份、二甲基硅油5-10份、硅胶13-18份、羧甲基纤维素钠6-12份、纳米碳化硅5-18份、稻谷22-24份、丝瓜络6-17份、多异氰酸酯5-10份、氰酸酯12-14份、六偏磷酸钠15-20份、酒石酸3-8份、纤维素醚11-14份、异石英粉20-24份、乙酸戊酯7-8份、偶氮二异丁腈5-8份、对甲苯磺酰肼4-11份和碳酸钠20-24份。
2.如权利要求1所述的一种吸附污水重金属的纳米材料，其特征在于：由以下重量份数的原料制成，包括大约纳米银25份、纳米二氧化钛15份、间苯二酚9份、二甲基硅油5份、硅胶13份、羧甲基纤维素钠6份、纳米碳化硅5份、稻谷22份、丝瓜络6份、多异氰酸酯5份、氰酸酯12份、六偏磷酸钠15份、酒石酸3份、纤维素醚11份、异石英粉20份、乙酸戊酯7份、偶氮二异丁腈5份、对甲苯磺酰肼4份和碳酸钠20份等。
3.如权利要求1所述的一种吸附污水重金属的纳米材料，其特征在于：由以下重量份数的原料制成，包括大约纳米银29份、纳米二氧化钛17.5份、间苯二酚10.5份、二甲基硅油7.5份、硅胶15.5份、羧甲基纤维素钠9份、纳米碳化硅11.5份、稻谷23份、丝瓜络11.5份、多异氰酸酯7.5份、氰酸酯13份、六偏磷酸钠17.5份、酒石酸5.5份、纤维素醚12.5份、异石英粉22份、乙酸戊酯7.5份、偶氮二异丁腈6.5份、对甲苯磺酰肼7.5份和碳酸钠22份等。
4.如权利要求1所述的一种吸附污水重金属的纳米材料，其特征在于：由以下重量份数的原料制成，包括纳米银33份、纳米二氧化钛20份、间苯二酚12份、二甲基硅油10份、硅胶18份、羧甲基纤维素钠12份、纳米碳化硅18份、稻谷24份、丝瓜络17份、多异氰酸酯10份、氰酸酯14份、六偏磷酸钠20份、酒石酸8份、纤维素醚14份、异石英粉24份、乙酸戊酯8份、偶氮二异丁腈8份、对甲苯磺酰肼11份和碳酸钠24份。
5.一种吸附污水重金属的纳米材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将纳米银25-33份、纳米二氧化钛15-20份、间苯二酚9-12份、二甲基硅油5-10份、硅胶13-18份、羧甲基纤维素钠6-12份、纳米碳化硅5-18份、稻谷22-24份、丝瓜络6-17份、多异氰酸酯5-10份投入到干燥箱中，调节温度为58-75℃，干燥3-5小时，备用；
2）将步骤1）所得原料投入到搅拌器中，调节搅拌速度为1500-1800 r/min，搅拌20-25分钟，备用；
3）将氰酸酯12-14份、六偏磷酸钠15-20份、酒石酸3-8份、纤维素醚11-14份、异石英粉20-24份、乙酸戊酯7-8份、偶氮二异丁腈5-8份、对甲苯磺酰肼4-11份和碳酸钠20-24份在2.5%盐酸溶液中浸泡3-8分钟，备用；
4）将步骤3）所得原料投入到反应釜内，调节温度为45-55℃，搅拌速度为2500-3500 r/min，反应20-35分钟，备用；
5）将步骤2）所得原料投入到步骤4）的反应釜内，提高加热温度至100-110℃反应25-30分钟，备用；
6）将步骤5）所得原料再次投入到干燥箱内，调节干燥温度为70-75℃，干燥至原料的含水率小于4%；
7）将步骤6）所得原料投入到造粒机中，提高加热温度至220-240℃，挤出得到直径为6mm直径的颗粒，即可。
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