CN107694524A - 一种镉污染吸附剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镉污染吸附剂及其制备方法，由褐藻、葡萄糖、镁砂、正硅酸乙酯、四氧化三铁粉末等原料制成，本发明采用褐藻作为生物吸附剂，经交联修饰提高吸附容量，并在葡萄糖的黏合下与改性镁砂结合，其通过高锰酸钾的浸渍负载二氧化锰，增加对镉的离子交换作用和络合作用，用于镉污染的修复，相比现有技术，能在使用较少修复剂的情况下，达到较高的吸附效率和较好修复效果，并对环境不造成污染。

Description

一种镉污染吸附剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及环境工程技术领域，尤其涉及一种镉污染吸附剂及其制备方法。
背景技术
由于金属采矿、金属冶炼、金属工业、金属腐蚀、废物处置、农业施用、木材工业防腐剂使用、化石燃料的燃烧等造成我国土壤重金属污染现象突出。调查显示，我国耕地土壤超标率为19.4％，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为13.7%、2.8%、1.8%和1.1%，其中重金属镉是主要的污染贡献因子。镉进入人体后会在体内蓄积，损害肾脏功能，进而导致全身性疼痛，为典型的“三致”物质，镉污染处理已成为环境领域热门话题。
目前，重金属污染土壤修复的方法主要有换土法、电化学法、化学淋洗法、化学稳定法、植物修复法、吸附法等。换土法主要通过挖除污染土层，然后覆盖无污染的土层，工程费用高，只适合于小面积重金属污染土壤的治理。化学淋洗法主要使用EDTA 等络合剂使重金属活化、流出或被植物吸收，但淋洗液的成本较高，处理困难而且将新的污染物表面活性剂、酸洗剂等带入土壤而产生新的污染。植物修复法具有费用低、不破坏土壤肥力结构的优点，但是要达到合理的植物量需要长的生长期，且有些植物的种苗繁育还存在较大的技术难度。对比而言，吸附法造价成本低，操作简单，易于工业化生产，在镉污染治理中得到广泛的研究应用。
我国镁矿资源丰富，菱镁矿总储量约3.1×106亿吨，其中约85%集中在辽宁东南部地区。镁砂是由菱镁石矿、水镁石矿或海水中提取的氢氧化镁经高温煅烧、烧结的产物的统称，其主要成分为MgO。研究表明，镁砂是非等轴晶系方镁石，其晶格存在点状缺陷和位错，具有较高的表面能，易于进行物理化学反应，活性良好。MgO在印染废水脱色处理、酸性废水处理、重金属脱除、废水脱磷、脱氨和烟气脱硫等领域得到了广泛的研究和应用。
尽管镁砂材料廉价易得，但使用其直接作为吸附材料使用则有着吸附位点有限，且吸附后随着时间的延长易发生解吸从而影响使用效果。二氧化锰易与烃基等含氧官能团相结合，吸附位点多，对环境中的有机物、重金属阳离子等具有较强的离子交换作用和络合吸附作用。然而二氧化锰颗粒细小，难以分离，限制了其使用范围。因此将镁砂与二氧化锰进行混合负载并通过改性工艺，从而获得复合吸附材料以大幅提高使用性能，成为一种可行的工艺选择。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种镉污染吸附剂及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种镉污染吸附剂，通过以下方法制备：
（1）将褐藻自然风干后粉碎，向其中加入褐藻质量2-4倍的30-35%苯磺酸溶液，在不断搅拌下升温至45-55℃，反应150-180分钟后冷却至室温，继续搅拌1-2小时，过滤后清水冲洗干净，烘干并粉碎至粒径小于80目备用；
（2）将镁砂送入高温炉中，在500-550℃下焙烧60-90分钟，冷却后取出，粉碎过30-40目筛，再放入清水中煮沸30-40分钟，冷却至室温后过滤去除水中上浮灰分及杂质，再置于干燥箱中干燥10-12小时，将干燥后的粉末按固液比1：25-30g/mL加入到质量分数为2.7-3.0%的高锰酸钾溶液中，浸渍7-8小时后过滤取出并送入高温炉中，升温至450-480℃，焙烧2-3小时，得到预改性镁砂粉末备用；
（3）将预改性镁砂粉末与正硅酸乙酯按固液比1：2-3混合后搅拌5-6小时，再用超声分散后加入混合体系总质量3-3.5%的γ-氯丙基三乙氧基硅烷，继续搅拌5-6小时后用清水洗涤干净，冷冻干燥，将所得粉末与四氧化三铁粉末按质量比4-5:1混合后再按1-1.5g/L加入到20%氯化铁溶液中，超声分散后在150-180转/分下震荡20-40分钟，过滤后清水冲洗干净，冷冻干燥得改性镁砂粉末备用；
（4）将步骤1所得产物以及步骤3所得改性镁砂粉末按质量比（8-9）：（1-2）混合后置于葡萄糖溶液中进行浸渍搅拌，得混合液备用；
（5）将步骤4所得混合液升温至80-95℃，保温2-3小时后过滤洗涤并烘干，将产物粉碎过100-120目筛，即得本发明镉污染吸附剂。
所述步骤2中用高锰酸钾溶液浸渍后用清水冲洗至冲洗水不再浑浊且与超纯水pH值相同后，置于60-65℃干燥箱中干燥8-12小时，再送入高温炉中进行焙烧处理。
所述步骤3中两次超声分散的条件依次为25-28kHz下超声100-120分钟以及35-36kHz下超声40-60分钟。
所述步骤4中葡萄糖溶液浓度为1-3mol/L，搅拌时间为6-8小时。
本发明的优点是：
本发明采用褐藻作为生物吸附剂，经交联修饰提高吸附容量，并在葡萄糖的黏合下与改性镁砂结合，其中镁砂经焙烧处理脱除了大量的吸附水和结构水，增加有效比表面积，同时通过高锰酸钾的浸渍负载二氧化锰，其表面的水合O-H发生质子迁移，提供了更多的吸附位点，令镉离子占据耦合H的位置，增加对镉的离子交换作用和络合作用，在此条件下为强化对镉的吸附效果和絮凝沉淀作用，又向复合材料中加入四氧化三铁磁粉，并通过二氧化硅的包覆使材料整体稳固结合，不仅可以增大材料颗粒碰撞效率与频率，强化对重金属的去除，同时利用外加磁场即可进行材料使用后的回收，在使用上便捷高效，本发明用于镉污染的修复，相比现有技术，能在使用较少修复剂的情况下，达到较高的吸附效率和较好修复效果，并对环境不造成污染。
具体实施方式
一种镉污染吸附剂，通过以下方法制备：
（1）将褐藻自然风干后粉碎，向其中加入褐藻质量2倍的30%苯磺酸溶液，在不断搅拌下升温至45℃，反应150分钟后冷却至室温，继续搅拌1小时，过滤后清水冲洗干净，烘干并粉碎至粒径小于80目备用；
（2）将镁砂送入高温炉中，在500℃下焙烧60分钟，冷却后取出，粉碎过30目筛，再放入清水中煮沸30分钟，冷却至室温后过滤去除水中上浮灰分及杂质，再置于干燥箱中干燥10小时，将干燥后的粉末按固液比1：25g/mL加入到质量分数为2.7%的高锰酸钾溶液中，浸渍7小时后过滤取出用清水冲洗至冲洗水不再浑浊且与超纯水pH值相同后，置于60℃干燥箱中干燥8小时并送入高温炉中，升温至450℃，焙烧2小时，得到预改性镁砂粉末备用；
（3）将预改性镁砂粉末与正硅酸乙酯按固液比1：2混合后搅拌5小时，再在25kHz下超声分散110分钟后加入混合体系总质量3%的γ-氯丙基三乙氧基硅烷，继续搅拌5小时后用清水洗涤干净，冷冻干燥，将所得粉末与四氧化三铁粉末按质量比4:1混合后再按1g/L加入到20%氯化铁溶液中，在36kHz下超声分散45分钟后在150转/分下震荡20分钟，过滤后清水冲洗干净，冷冻干燥得改性镁砂粉末备用；
（4）将步骤1所得产物以及步骤3所得改性镁砂粉末按质量比9：1混合后置于1mol/L葡萄糖溶液中进行浸渍搅拌6小时，得混合液备用；
（5）将步骤4所得混合液升温至80℃，保温2小时后过滤洗涤并烘干，将产物粉碎过100目筛，即得本发明镉污染吸附剂。

Claims (5)

1.一种镉污染吸附剂，其特征在于通过以下方法制备：
（1）将褐藻自然风干后粉碎，向其中加入褐藻质量2-4倍的30-35%苯磺酸溶液，在不断搅拌下升温至45-55℃，反应150-180分钟后冷却至室温，继续搅拌1-2小时，过滤后清水冲洗干净，烘干并粉碎至粒径小于80目备用；
（2）将镁砂送入高温炉中，在500-550℃下焙烧60-90分钟，冷却后取出，粉碎过30-40目筛，再放入清水中煮沸30-40分钟，冷却至室温后过滤去除水中上浮灰分及杂质，再置于干燥箱中干燥10-12小时，将干燥后的粉末按固液比1：25-30g/mL加入到质量分数为2.7-3.0%的高锰酸钾溶液中，浸渍7-8小时后过滤取出并送入高温炉中，升温至450-480℃，焙烧2-3小时，得到预改性镁砂粉末备用；
（3）将预改性镁砂粉末与正硅酸乙酯按固液比1：2-3混合后搅拌5-6小时，再用超声分散后加入混合体系总质量3-3.5%的γ-氯丙基三乙氧基硅烷，继续搅拌5-6小时后用清水洗涤干净，冷冻干燥，将所得粉末与四氧化三铁粉末按质量比4-5:1混合后再按1-1.5g/L加入到20%氯化铁溶液中，超声分散后在150-180转/分下震荡20-40分钟，过滤后清水冲洗干净，冷冻干燥得改性镁砂粉末备用；
（4）将步骤1所得产物以及步骤3所得改性镁砂粉末按质量比（8-9）：（1-2）混合后置于葡萄糖溶液中进行浸渍搅拌，得混合液备用；
（5）将步骤4所得混合液升温至80-95℃，保温2-3小时后过滤洗涤并烘干，将产物粉碎过100-120目筛，即得本发明镉污染吸附剂。
2.根据权利要求1所述的镉污染吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中用高锰酸钾溶液浸渍后用清水冲洗至冲洗水不再浑浊且与超纯水pH值相同后，置于60-65℃干燥箱中干燥8-12小时，再送入高温炉中进行焙烧处理。
3.根据权利要求1所述的镉污染吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中两次超声分散的条件依次为25-28kHz下超声100-120分钟以及35-36kHz下超声40-60分钟。
4.根据权利要求1所述的镉污染吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4中葡萄糖溶液浓度为1-3mol/L，搅拌时间为6-8小时。
5.权利要求1-4任一项所述的镉污染吸附剂的使用方法，其特征在于，将吸附剂按土壤质量0.1-0.5%或水体质量0.03-0.1%均匀投撒在土壤或水体中，撒施在土壤中时与土壤表层20-30厘米厚的土层混匀即可。
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