CN108178239A - 一种稳定高效重金属处理剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稳定高效重金属处理剂的制备方法，属于处理剂制备技术领域。本发明中以稻草为原料制得碱化稻草纤维，改性后得到稻草黄原酸酯，用无水碳酸钠与膨润土保温反应得到钠化膨润土，钠化膨润土与稻草黄原酸酯混合反应得到重金属处理剂，膨润土表面有大量的硅羟基，黄原酸化的膨润土在重金属离子废水中分层，增大了与重金属离子接触的活性表面积，硫酸镁溶液处理稻草碱化纤维，洗涤最终产物，使黄原酸酯钠盐部分转化成黄原酸酯镁盐，黄原酸酯分子具有螯合性很强的氧原子和硫原子，可与镁离子形成分子内和分子间螯合物，生成难溶性黄原酸酯重金属盐，螯合吸附的重金属离子转化为黄原酸酯重金属盐后无二次污染，应用前景广阔。

Description

一种稳定高效重金属处理剂的制备方法

技术领域

本发明公开了一种稳定高效重金属处理剂的制备方法，属于处理剂制备技术领域。

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。处理方法是首先改革生产工艺，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。

我国是一个水资源短缺的国家，人均水资源量仅为世界的1/4，而且水资源的分布严重不均，如何缓解水资源匮乏以及污染等问题已经成为一个刻不容缓的问题。要解决缺水问题，除开源节流、综合利用以外，治污已逐渐成为我国必须长期坚持的基本原则之一。

目前对于重金属污水的处理主要是通过在污水中添加污水处理剂的方法，现有的污水处理剂通常含有多数化学试剂，虽然具有一定的效果，但是这些化学试剂也会对处理后的污水中造成一定的影响，且多次处理后循环使用的水的水质较差，重金属处理剂处理效率低，重金属处理剂在废水中长时间浸泡易离解，吸附饱和易脱附重金属离子产生二次污染，不能满足使用需要。

因此，发明一种稳定高效重金属处理剂对处理剂制备技术领域具有积极意义。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，针对重金属处理剂处理效率低，重金属处理剂在废水中长时间浸泡易离解，吸附饱和易脱附重金属离子产生二次污染的缺陷，提供了一种稳定高效重金属处理剂的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种稳定高效重金属处理剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）取稻草置于稻草打碎机中粉碎，用水洗涤后，放在太阳下曝晒，得到粉碎稻草，将100～120g粉碎稻草置于烧杯中，向烧杯加入600～700mL氢氧化钠溶液，搅拌得到碱化稻草悬浮液，将碱化稻草悬浮液倒入布氏漏斗中，减压抽滤，去除滤液得到滤饼，即得稻草碱化纤维；

（2）将制得的稻草碱化纤维放入带有搅拌器和滴液漏斗的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入400～450mL氢氧化钠溶液，加热升温，启动搅拌器搅拌，同时用滴液漏斗向三口烧瓶中滴加15～18mL二硫化碳，搅拌反应，得到反应产物；

（3）将上述反应产物与400～500mL硫酸镁溶液混合，搅拌，过滤，去除滤液得到残渣，将残渣用无水乙醇洗涤，得到黄色固体，将黄色固体置于烘箱中，加热升温，干燥，得到稻草黄原酸酯；

（4）称取200～220g膨润土置于烧杯中，向烧杯中加入300～350mL水，在室温下搅拌后，静置，弃去下层细沙，得到上层混合土浆，向混合土浆中加入50～70g无水碳酸钠，继续搅拌至无水碳酸钠完全溶解，水浴加热升温，保温，过滤去除液体组分得到粗产物；

（5）将粗产物用去离子水洗涤后，置于烘箱中加热升温，干燥，再放入研钵中研磨，过筛得到钠化改性膨润土，将钠化改性膨润土与稻草黄原酸酯混合，置于带有搅拌器、滴液漏斗的三口瓶中，启动搅拌器，搅拌，加热升温，保温搅拌；

（6）用滴液漏斗向上述三口烧瓶中加入270～300mL硫酸镁溶液，反应后，得到膨润土悬浮液，将膨润土悬浮液置于布氏漏斗中减压抽滤，得到滤饼，用丙酮洗涤滤饼，得到胶土，将胶土置于真空干燥箱中，干燥，得到稳定高效重金属处理剂。

步骤（1）所述的粉碎时间为40～50min，用水洗涤次数3～5次，曝晒时间为2～3天，氢氧化钠溶液的质量分数为20%，搅拌时间为35～40min，减压抽滤时间为8～10min。

步骤（2）所述的氢氧化钠溶液的质量分数为10%，加热升温后温度为35～40℃，

搅拌转速为300～350r/min，滴加速率为 0.6～0.8mL/min，搅拌反应时间为1.0～1.5h。

步骤（3）所述的硫酸镁溶液的质量分数为5%，搅拌时间为10～12min，洗涤次数为3～5次，加热升温后温度为至80～90℃，干燥时间为4～5h。

步骤（4）所述的搅拌时间15～25min，静置时间为5～7h，水浴加热升温后温度为40～45℃，保温时间为1～2h。

步骤（5）所述的洗涤次数为3～5次，加热升温后温度为70～80℃，干燥时间为3～5h，研磨时间为40～50min，所过筛规格为100～200目，钠化改性膨润土与稻草黄原酸酯混合的质量比3︰1，搅拌转速为400～450r/min，加热升温后温度为60～70℃，保温搅拌时间为3～4h。

步骤（6）所述的滴加速率为7～10mL/min，硫酸镁溶液的质量分数为5%，反应时间为45～50min，丙酮洗涤次数为3～5次，设定真空干燥箱温度为80～90℃，

干燥时间为3～4h。

本发明的有益效果是：

（1）本发明中以稻草为原料制得碱化稻草纤维，改性后得到稻草黄原酸酯，用无水碳酸钠与膨润土保温反应得到钠化膨润土，钠化膨润土与稻草黄原酸酯混合反应得到重金属处理剂，膨润土表面有大量的硅羟基，与硅醇相类似，硅醇易脱水而缩合成硅氧烷，且硅原子上的羟基越多，硅醇的稳定性就越低，各种质子酸，碱甚至盐类都能促进硅醇的缩合，二硫化碳与氢氧化钠在溶液中反应会生成二硫代碳酸氢钠，因而膨润土表面硅羟基可以与二硫代碳酸氢钠反应，使黄原酸基以化学键接于膨润土上，也有部分二硫代碳酸氢钠吸附于膨润表面及层间，这种黄原酸化的膨润土表面提供了与重金属离子鳌合的活性中心，黄原酸化的膨润土在重金属离子废水中分层，增大了与重金属离子接触的活性表面积，从而使重金属处理剂的处理效率加快；

（2）本发明用硫酸镁溶液处理稻草碱化纤维，洗涤最终产物，使黄原酸酯钠盐部分转化成黄原酸酯镁盐，黄原酸酯分子具有螯合性很强的氧原子和硫原子，可与镁离子形成分子内和分子间螯合物，增加了黄原酸酯分子的稳定性，与其他纯螯合吸附重金属处理剂不同，黄原酸酯不仅能与重金属离子发生离子交换反应，还能发生氧化还原反应，生成难溶性黄原酸酯重金属盐，螯合吸附的重金属离子转化为黄原酸酯重金属盐后，难以释放进入水中产生二次污染，从而使重金属处理剂的稳定性提高，无二次污染，应用前景广阔。

具体实施方式

取稻草置于稻草打碎机中粉碎40～50min，用水洗涤3～5次后，放在太阳下曝晒2～3天，得到粉碎稻草，将100～120g粉碎稻草置于烧杯中，向烧杯加入600～700mL质量分数为20%的氢氧化钠溶液，搅拌35～40min得到碱化稻草悬浮液，将碱化稻草悬浮液倒入布氏漏斗中，减压抽滤8～10min，去除滤液得到滤饼，即得稻草碱化纤维；将制得的稻草碱化纤维放入带有搅拌器和滴液漏斗的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入400～450mL质量分数为10%的氢氧化钠溶液，加热升温至35～40℃，启动搅拌器以300～350r/min的转速搅拌，同时用滴液漏斗向三口烧瓶中以0.6～0.8mL/min的滴加速率滴加15～18mL二硫化碳，搅拌反应1.0～1.5h，得到反应产物；将上述反应产物与400～500mL质量分数为5%的硫酸镁溶液混合，搅拌10～12min，过滤，去除滤液得到残渣，将残渣用无水乙醇洗涤3～5次，得到黄色固体，将黄色固体置于烘箱中，加热升温至80～90℃，干燥4～5h，得到稻草黄原酸酯；称取200～220g膨润土置于烧杯中，向烧杯中加入300～350mL水，在室温下搅拌15～25min后，静置5～7h，弃去下层细沙，得到上层混合土浆，向混合土浆中加入50～70g无水碳酸钠，继续搅拌至无水碳酸钠完全溶解，水浴加热升温至40～45℃，保温1～2h，过滤去除液体组分得到粗产物；将粗产物用去离子水洗涤3～5次后，置于烘箱中加热升温至70～80℃，干燥3～5h，再放入研钵中研磨40～50min，过100～200目筛得到钠化改性膨润土，将钠化改性膨润土与稻草黄原酸酯按质量比3︰1混合，置于带有搅拌器、滴液漏斗的三口瓶中，启动搅拌器，以400～450r/min的转速搅拌，加热升温至60～70℃，保温搅拌3～4h；用滴液漏斗以7～10mL/min的滴加速率向上述三口烧瓶中加入270～300mL质量分数为5%的硫酸镁溶液，反应45～50min后，得到膨润土悬浮液，将膨润土悬浮液置于布氏漏斗中减压抽滤，得到滤饼，用丙酮洗涤滤饼3～5次，得到胶土，将胶土置于设定温度为80～90℃的真空干燥箱中，干燥3～4h，得到稳定高效重金属处理剂。

实例1

取稻草置于稻草打碎机中粉碎40min，用水洗涤3次后，放在太阳下曝晒2天，得到粉碎稻草，将100g粉碎稻草置于烧杯中，向烧杯加入600mL质量分数为20%的氢氧化钠溶液，搅拌35min得到碱化稻草悬浮液，将碱化稻草悬浮液倒入布氏漏斗中，减压抽滤8min，去除滤液得到滤饼，即得稻草碱化纤维；将制得的稻草碱化纤维放入带有搅拌器和滴液漏斗的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入400mL质量分数为10%的氢氧化钠溶液，加热升温至35℃，启动搅拌器以300r/min的转速搅拌，同时用滴液漏斗向三口烧瓶中以0.6mL/min的滴加速率滴加15mL二硫化碳，搅拌反应1.0h，得到反应产物；将上述反应产物与400mL质量分数为5%的硫酸镁溶液混合，搅拌10min，过滤，去除滤液得到残渣，将残渣用无水乙醇洗涤3次，得到黄色固体，将黄色固体置于烘箱中，加热升温至80℃，干燥4h，得到稻草黄原酸酯；称取200g膨润土置于烧杯中，向烧杯中加入300mL水，在室温下搅拌15min后，静置5h，弃去下层细沙，得到上层混合土浆，向混合土浆中加入50g无水碳酸钠，继续搅拌至无水碳酸钠完全溶解，水浴加热升温至40℃，保温1h，过滤去除液体组分得到粗产物；将粗产物用去离子水洗涤3次后，置于烘箱中加热升温至70℃，干燥3h，再放入研钵中研磨40min，过100目筛得到钠化改性膨润土，将钠化改性膨润土与稻草黄原酸酯按质量比3︰1混合，置于带有搅拌器、滴液漏斗的三口瓶中，启动搅拌器，以400r/min的转速搅拌，加热升温至60℃，保温搅拌3h；用滴液漏斗以7mL/min的滴加速率向上述三口烧瓶中加入270mL质量分数为5%的硫酸镁溶液，反应45min后，得到膨润土悬浮液，将膨润土悬浮液置于布氏漏斗中减压抽滤，得到滤饼，用丙酮洗涤滤饼3次，得到胶土，将胶土置于设定温度为80℃的真空干燥箱中，干燥3h，得到稳定高效重金属处理剂。

实例2

取稻草置于稻草打碎机中粉碎45in，用水洗涤4次后，放在太阳下曝晒2天，得到粉碎稻草，将110粉碎稻草置于烧杯中，向烧杯加入650mL质量分数为20%的氢氧化钠溶液，搅拌37min得到碱化稻草悬浮液，将碱化稻草悬浮液倒入布氏漏斗中，减压抽滤9min，去除滤液得到滤饼，即得稻草碱化纤维；将制得的稻草碱化纤维放入带有搅拌器和滴液漏斗的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入420mL质量分数为10%的氢氧化钠溶液，加热升温至37℃，启动搅拌器以320/min的转速搅拌，同时用滴液漏斗向三口烧瓶中以0.7mL/min的滴加速率滴加17mL二硫化碳，搅拌反应1.2h，得到反应产物；将上述反应产物与450mL质量分数为5%的硫酸镁溶液混合，搅拌11min，过滤，去除滤液得到残渣，将残渣用无水乙醇洗涤4次，得到黄色固体，将黄色固体置于烘箱中，加热升温至85℃，干燥4.5h，得到稻草黄原酸酯；称取210g膨润土置于烧杯中，向烧杯中加入325mL水，在室温下搅拌20min后，静置6h，弃去下层细沙，得到上层混合土浆，向混合土浆中加入60g无水碳酸钠，继续搅拌至无水碳酸钠完全溶解，水浴加热升温至42℃，保温1.5h，过滤去除液体组分得到粗产物；将粗产物用去离子水洗涤4次后，置于烘箱中加热升温至75℃，干燥4h，再放入研钵中研磨45min，过150目筛得到钠化改性膨润土，将钠化改性膨润土与稻草黄原酸酯按质量比3︰1混合，置于带有搅拌器、滴液漏斗的三口瓶中，启动搅拌器，以425r/min的转速搅拌，加热升温至65℃，保温搅拌3.5h；用滴液漏斗以8mL/min的滴加速率向上述三口烧瓶中加入280mL质量分数为5%的硫酸镁溶液，反应47min后，得到膨润土悬浮液，将膨润土悬浮液置于布氏漏斗中减压抽滤，得到滤饼，用丙酮洗涤滤饼4次，得到胶土，将胶土置于设定温度为85℃的真空干燥箱中，干燥3.5h，得到稳定高效重金属处理剂。

实例3

取稻草置于稻草打碎机中粉碎50min，用水洗涤5次后，放在太阳下曝晒3天，得到粉碎稻草，将120g粉碎稻草置于烧杯中，向烧杯加入700mL质量分数为20%的氢氧化钠溶液，搅拌40min得到碱化稻草悬浮液，将碱化稻草悬浮液倒入布氏漏斗中，减压抽滤10min，去除滤液得到滤饼，即得稻草碱化纤维；将制得的稻草碱化纤维放入带有搅拌器和滴液漏斗的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入450mL质量分数为10%的氢氧化钠溶液，加热升温至40℃，启动搅拌器以350r/min的转速搅拌，同时用滴液漏斗向三口烧瓶中以0.8mL/min的滴加速率滴加18mL二硫化碳，搅拌反应1.5h，得到反应产物；将上述反应产物与500mL质量分数为5%的硫酸镁溶液混合，搅拌12min，过滤，去除滤液得到残渣，将残渣用无水乙醇洗涤5次，得到黄色固体，将黄色固体置于烘箱中，加热升温至90℃，干燥5h，得到稻草黄原酸酯；称取220g膨润土置于烧杯中，向烧杯中加入350mL水，在室温下搅拌25min后，静置7h，弃去下层细沙，得到上层混合土浆，向混合土浆中加入70g无水碳酸钠，继续搅拌至无水碳酸钠完全溶解，水浴加热升温至45℃，保温2h，过滤去除液体组分得到粗产物；将粗产物用去离子水洗涤5次后，置于烘箱中加热升温至80℃，干燥5h，再放入研钵中研磨50min，过200目筛得到钠化改性膨润土，将钠化改性膨润土与稻草黄原酸酯按质量比3︰1混合，置于带有搅拌器、滴液漏斗的三口瓶中，启动搅拌器，以450r/min的转速搅拌，加热升温至70℃，保温搅拌4h；用滴液漏斗以10mL/min的滴加速率向上述三口烧瓶中加入300mL质量分数为5%的硫酸镁溶液，反应50min后，得到膨润土悬浮液，将膨润土悬浮液置于布氏漏斗中减压抽滤，得到滤饼，用丙酮洗涤滤饼5次，得到胶土，将胶土置于设定温度为90℃的真空干燥箱中，干燥4h，得到稳定高效重金属处理剂。

对比例

以广州某公司生产的高效重金属处理剂作为对比例 对本发明制得的高效重金属处理剂和对比例中的高效重金属处理剂进行性能检测，检测结果如表1所示：

1、测试方法：

pH值测试采用pH测试仪进行检测；

汞离子含量测试采用快速测汞仪进行检测；

锰离子含量测试采用原子吸收光谱法进行检测；

铬离子含量测试采用原子吸收光谱法进行检测；

铜离子含量测试采用碘量法进行检测。

表1

根据上述中数据可知，本发明制得的高效重金属处理剂用于废水处理后，废水水质的pH值保持在中性左右，处理后废水中重金属离子含量低，处理效果好，处理剂与重金属离子接触的活性表面积达到99%以上，使重金属处理剂的处理效率加快，具有广阔的应用前景。

Claims (7)

1.一种稳定高效重金属处理剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）取稻草置于稻草打碎机中粉碎，用水洗涤后，放在太阳下曝晒，得到粉碎稻草，将100～120g粉碎稻草置于烧杯中，向烧杯加入600～700mL氢氧化钠溶液，搅拌得到碱化稻草悬浮液，将碱化稻草悬浮液倒入布氏漏斗中，减压抽滤，去除滤液得到滤饼，即得稻草碱化纤维；

（2）将制得的稻草碱化纤维放入带有搅拌器和滴液漏斗的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入400～450mL氢氧化钠溶液，加热升温，启动搅拌器搅拌，同时用滴液漏斗向三口烧瓶中滴加15～18mL二硫化碳，搅拌反应，得到反应产物；

（3）将上述反应产物与400～500mL硫酸镁溶液混合，搅拌，过滤，去除滤液得到残渣，将残渣用无水乙醇洗涤，得到黄色固体，将黄色固体置于烘箱中，加热升温，干燥，得到稻草黄原酸酯；

（4）称取200～220g膨润土置于烧杯中，向烧杯中加入300～350mL水，在室温下搅拌后，静置，弃去下层细沙，得到上层混合土浆，向混合土浆中加入50～70g无水碳酸钠，继续搅拌至无水碳酸钠完全溶解，水浴加热升温，保温，过滤去除液体组分得到粗产物；

（5）将粗产物用去离子水洗涤后，置于烘箱中加热升温，干燥，再放入研钵中研磨，过筛得到钠化改性膨润土，将钠化改性膨润土与稻草黄原酸酯混合，置于带有搅拌器、滴液漏斗的三口瓶中，启动搅拌器，搅拌，加热升温，保温搅拌；

（6）用滴液漏斗向上述三口烧瓶中加入270～300mL硫酸镁溶液，反应后，得到膨润土悬浮液，将膨润土悬浮液置于布氏漏斗中减压抽滤，得到滤饼，用丙酮洗涤滤饼，得到胶土，将胶土置于真空干燥箱中，干燥，得到稳定高效重金属处理剂。

2.根据权利要求1所述的一种稳定高效重金属处理剂的制备方法，其特征在于：

步骤（1）所述的粉碎时间为40～50min，用水洗涤次数3～5次，曝晒时间为2～3天，氢氧化钠溶液的质量分数为20%，搅拌时间为35～40min，减压抽滤时间为8～10min。

3.根据权利要求1所述的一种稳定高效重金属处理剂的制备方法，其特征在于：

步骤（2）所述的氢氧化钠溶液的质量分数为10%，加热升温后温度为35～40℃，

搅拌转速为300～350r/min，滴加速率为 0.6～0.8mL/min，搅拌反应时间为1.0～1.5h。

4.根据权利要求1所述的一种稳定高效重金属处理剂的制备方法，其特征在于：

步骤（3）所述的硫酸镁溶液的质量分数为5%，搅拌时间为10～12min，洗涤次数为3～5次，加热升温后温度为至80～90℃，干燥时间为4～5h。

5.根据权利要求1所述的一种稳定高效重金属处理剂的制备方法，其特征在于：

步骤（4）所述的搅拌时间15～25min，静置时间为5～7h，水浴加热升温后温度为40～45℃，保温时间为1～2h。

6.根据权利要求1所述的一种稳定高效重金属处理剂的制备方法，其特征在于：

步骤（5）所述的洗涤次数为3～5次，加热升温后温度为70～80℃，干燥时间为3～5h，研磨时间为40～50min，所过筛规格为100～200目，钠化改性膨润土与稻草黄原酸酯混合的质量比3︰1，搅拌转速为400～450r/min，加热升温后温度为60～70℃，保温搅拌时间为3～4h。

7.根据权利要求1所述的一种稳定高效重金属处理剂的制备方法，其特征在于：步骤（6）所述的滴加速率为7～10mL/min，硫酸镁溶液的质量分数为5%，反应时间为45～50min，丙酮洗涤次数为3～5次，设定真空干燥箱温度为80～90℃，

干燥时间为3～4h。