CN108940205A - 一种回收工业废水中金属离子的净化材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新型功能材料技术领域，公开了一种回收工业废水中金属离子的净化材料，利用氧化铁与二氧化硒制备纳米磁性材料，以石墨粉作为载体，将磁性粒子与载体结合制备得到废水净化材料，解决了磁性材料在水中易团聚，分散性差的问题，并且回收利用率高，制备得到的净化材料对无机金属离子具有很好的磁性吸附作用，本发明制备得到的净化材料解决了现有现有工业废水用净化材料处理效果不佳的问题，并具有较高的回收使用性，兼顾了对净化效果能和使用寿命的提升，提高了废水净化材料的开发利用，能够实现提高净化材料使用性能以及扩展净化材料适用领域的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。
Description
技术领域
本发明属于新型功能材料技术领域，具体涉及一种回收工业废水中金属离子的净化材料。
背景技术
工业废水，指工艺生产过程中排出的废水和废液，其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物、副产品以及生产过程中产生的污染物，是造成环境污染，特别是水污染的重要原因。工业废水的处理虽然早在19世纪末已经开始，但由于许多工业废水成分复杂，性质多变，仍有一些技术问题没有完全解决。
随着人们对于环保问题的重视，工业废水对环境造成的危害成为必须要解决的问题。工业废水中含有大量的重金属离子以及有机污染物，不仅会导致水体变色、变臭，引发富营养化问题，并且对周边的土壤环境也造成极大的危害，影响植被和动物的生长，危害人类水源。而现有的用于工业废水处理的材料很难达到所需的处理效果，并且常用的吸附净化材料，如活性炭、硅胶、活性氧化铝、沸石等材料，存在吸附容量小，使用寿命短，后续处理困难，再生率低等缺点，使得总的净化效果较差以及处理成本较高。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种回收工业废水中金属离子的净化材料，制备得到的净化材料对无机金属离子具有很好的磁性吸附作用，对有机污染物具有较高的催化降解性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种回收工业废水中金属离子的净化材料，制备方法包括以下步骤：
（1）称取10.0-10.8克六水合氯化铁，加入到烧杯中，向烧杯中加入55-65毫升氢氧化钠溶液，磁力搅拌15-20分钟，然后向烧杯中加入1.8-2.0克硒和3.0-3.2克硼酸钠，在40-50℃水浴加热下搅拌30-40分钟，然后将搅拌混合物倒入三口烧瓶中，通入氮气排出烧瓶中空气，升温至70-80℃，使用氨水调节体系pH值在10.3-10.5之间，搅拌反应2-3小时；
（2）反应结束后，自然冷却至30-35℃，将产物在超声波清洗器中超声振荡8-10分钟，然后利用外磁场将具有磁性的固体产物分离出来，使用去离水和丙酮先后各清洗2-3次，在55-60℃真空下干燥3-4小时，然后加入到100-110毫升无水乙醇中，向无水乙醇中加入7.5-7.8克预处理后的石墨粉，搅拌混合均匀后加入1.6-1.8毫升油酸和0.6-0.7克十二烷基苯磺酸钠，超声分散15-20分钟，得到混合物料；
（3）将混合物料转移至聚四氟乙烯内层的高压反应釜中，在220-230℃下保温反应9-12小时，压力为1.8-2.0MPa，反应结束后随炉冷却至室温，将产物取出，使用去离子水和无水乙醇先后各清洗4-5次，然后将产物在80-90℃下干燥8-10小时，置于坩埚中，放入马弗炉中煅烧3-4小时，煅烧温度为340-350℃，煅烧后压制成片即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述氢氧化钠溶液摩尔浓度为1.0-1.5摩尔/升。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述氨水pH值在11.3-11.6之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述预处理后的石墨粉是将石墨粉置于烧杯中，加入2-3倍体积的摩尔浓度为3.0-3.5摩尔/升的盐酸溶液中浸泡2-3小时，然后进行过滤，烘干，置于管式炉中，在氮气气流保护下，以4-5℃/分钟的速度升温加热至660-680℃，保温1.5-2.0小时，以10-12℃/分钟的速度冷却至室温即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）制备得到的净化材料孔径大小在30-60纳米之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述氮气气流为0.35-0.40升/分钟。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有工业废水用净化材料处理效果不佳的问题，本发明提供了一种回收工业废水中金属离子的净化材料，利用氧化铁与二氧化硒制备纳米磁性材料，以石墨粉作为载体，将磁性粒子与载体结合制备得到废水净化材料，解决了磁性材料在水中易团聚，分散性差的问题，并且回收利用率高，制备得到的净化材料对无机金属离子具有很好的磁性吸附作用，对有机污染物具有较高的催化降解性，使得净化后的水体完全达到《污水综合排放标准》，本发明制备得到的净化材料解决了现有现有工业废水用净化材料处理效果不佳的问题，并具有较高的回收使用性，兼顾了对净化效果能和使用寿命的提升，提高了废水净化材料的开发利用，能够实现提高净化材料使用性能以及扩展净化材料适用领域的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。
实施例1
一种回收工业废水中金属离子的净化材料，制备方法包括以下步骤：
（1）称取10.0克六水合氯化铁，加入到烧杯中，向烧杯中加入55毫升氢氧化钠溶液，磁力搅拌15分钟，然后向烧杯中加入1.8克硒和3.0克硼酸钠，在40℃水浴加热下搅拌30分钟，然后将搅拌混合物倒入三口烧瓶中，通入氮气排出烧瓶中空气，升温至70℃，使用氨水调节体系pH值在10.3-10.5之间，搅拌反应2小时；
（2）反应结束后，自然冷却至30℃，将产物在超声波清洗器中超声振荡8分钟，然后利用外磁场将具有磁性的固体产物分离出来，使用去离水和丙酮先后各清洗2次，在55℃真空下干燥3小时，然后加入到100毫升无水乙醇中，向无水乙醇中加入7.5克预处理后的石墨粉，搅拌混合均匀后加入1.6毫升油酸和0.6克十二烷基苯磺酸钠，超声分散15分钟，得到混合物料；
（3）将混合物料转移至聚四氟乙烯内层的高压反应釜中，在220℃下保温反应9小时，压力为1.8MPa，反应结束后随炉冷却至室温，将产物取出，使用去离子水和无水乙醇先后各清洗4次，然后将产物在80℃下干燥8小时，置于坩埚中，放入马弗炉中煅烧3小时，煅烧温度为340℃，煅烧后压制成片即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述氢氧化钠溶液摩尔浓度为1.0摩尔/升。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述氨水pH值在11.3-11.6之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述预处理后的石墨粉是将石墨粉置于烧杯中，加入2倍体积的摩尔浓度为3.0摩尔/升的盐酸溶液中浸泡2小时，然后进行过滤，烘干，置于管式炉中，在氮气气流保护下，以4℃/分钟的速度升温加热至660℃，保温1.5小时，以10℃/分钟的速度冷却至室温即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）制备得到的净化材料孔径大小在30-60纳米之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述氮气气流为0.35升/分钟。
实施例2
一种回收工业废水中金属离子的净化材料，制备方法包括以下步骤：
（1）称取10.4克六水合氯化铁，加入到烧杯中，向烧杯中加入60毫升氢氧化钠溶液，磁力搅拌18分钟，然后向烧杯中加入1.9克硒和3.1克硼酸钠，在45℃水浴加热下搅拌35分钟，然后将搅拌混合物倒入三口烧瓶中，通入氮气排出烧瓶中空气，升温至75℃，使用氨水调节体系pH值在10.3-10.5之间，搅拌反应2.5小时；
（2）反应结束后，自然冷却至33℃，将产物在超声波清洗器中超声振荡9分钟，然后利用外磁场将具有磁性的固体产物分离出来，使用去离水和丙酮先后各清洗2次，在58℃真空下干燥3.5小时，然后加入到105毫升无水乙醇中，向无水乙醇中加入7.6克预处理后的石墨粉，搅拌混合均匀后加入1.7毫升油酸和0.65克十二烷基苯磺酸钠，超声分散18分钟，得到混合物料；
（3）将混合物料转移至聚四氟乙烯内层的高压反应釜中，在225℃下保温反应10小时，压力为1.9MPa，反应结束后随炉冷却至室温，将产物取出，使用去离子水和无水乙醇先后各清洗4次，然后将产物在85℃下干燥9小时，置于坩埚中，放入马弗炉中煅烧3.5小时，煅烧温度为345℃，煅烧后压制成片即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述氢氧化钠溶液摩尔浓度为1.2摩尔/升。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述氨水pH值在11.3-11.6之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述预处理后的石墨粉是将石墨粉置于烧杯中，加入2.5倍体积的摩尔浓度为3.3摩尔/升的盐酸溶液中浸泡2.5小时，然后进行过滤，烘干，置于管式炉中，在氮气气流保护下，以4.5℃/分钟的速度升温加热至670℃，保温1.8小时，以11℃/分钟的速度冷却至室温即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）制备得到的净化材料孔径大小在30-60纳米之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述氮气气流为0.38升/分钟。
实施例3
一种回收工业废水中金属离子的净化材料，制备方法包括以下步骤：
（1）称取10.8克六水合氯化铁，加入到烧杯中，向烧杯中加入65毫升氢氧化钠溶液，磁力搅拌20分钟，然后向烧杯中加入2.0克硒和3.2克硼酸钠，在50℃水浴加热下搅拌40分钟，然后将搅拌混合物倒入三口烧瓶中，通入氮气排出烧瓶中空气，升温至80℃，使用氨水调节体系pH值在10.3-10.5之间，搅拌反应3小时；
（2）反应结束后，自然冷却至35℃，将产物在超声波清洗器中超声振荡10分钟，然后利用外磁场将具有磁性的固体产物分离出来，使用去离水和丙酮先后各清洗3次，在60℃真空下干燥4小时，然后加入到110毫升无水乙醇中，向无水乙醇中加入7.8克预处理后的石墨粉，搅拌混合均匀后加入1.8毫升油酸和0.7克十二烷基苯磺酸钠，超声分散20分钟，得到混合物料；
（3）将混合物料转移至聚四氟乙烯内层的高压反应釜中，在230℃下保温反应12小时，压力为2.0MPa，反应结束后随炉冷却至室温，将产物取出，使用去离子水和无水乙醇先后各清洗5次，然后将产物在90℃下干燥10小时，置于坩埚中，放入马弗炉中煅烧4小时，煅烧温度为350℃，煅烧后压制成片即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述氢氧化钠溶液摩尔浓度为1.5摩尔/升。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述氨水pH值在11.3-11.6之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述预处理后的石墨粉是将石墨粉置于烧杯中，加入3倍体积的摩尔浓度为3.5摩尔/升的盐酸溶液中浸泡3小时，然后进行过滤，烘干，置于管式炉中，在氮气气流保护下，以5℃/分钟的速度升温加热至680℃，保温2.0小时，以12℃/分钟的速度冷却至室温即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）制备得到的净化材料孔径大小在30-60纳米之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述氮气气流为0.40升/分钟。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，在净化材料制备中，省略步骤（1）中硒的添加使用，其余保持一致。
对比例2
与实施例2的区别仅在于，在净化材料制备中，省略步骤（2）中预处理后的石墨粉的添加使用预处理后的石墨粉，其余保持一致。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，在净化材料制备中，使用普通石墨粉代替步骤（2）中预处理后的石墨粉，其余保持一致。
对比例4
与实施例3的区别仅在于，在净化材料制备中，步骤（3）中在240℃下保温反应8小时，压力为2.4MPa，其余保持一致。
对比实验
分别使用实施例1-3和对比例1-4的方法制备回收工业废水中金属离子的净化材料，以公开号为CN104370392A公开的一种含硫酸和重金属的冶炼废水的处理方法中涉及的吸附材料作为净化材料的方法作为对照组，各组处理工业废水样品相同，按照各组方法进行处理，对处理样（每组制备5个）进行处理前后所含金属离子以及有机物含量测定，保持试验中无关变量一致，对制备得到的各组材料性能进行评估，统计有效平均值，结果如下表所示：
（试验工业废水中镍离子浓度为18毫克/升，铬离子浓度为24毫克/升，铅离子浓度为15毫克/升，苯酚浓度为78毫克/升）
本发明制备得到的净化材料解决了现有现有工业废水用净化材料处理效果不佳的问题，并具有较高的回收使用性，兼顾了对净化效果能和使用寿命的提升，提高了废水净化材料的开发利用，能够实现提高净化材料使用性能以及扩展净化材料适用领域的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。
Claims (6)
1.一种回收工业废水中金属离子的净化材料，其特征在于，制备方法包括以下步骤：
（1）称取10.0-10.8克六水合氯化铁，加入到烧杯中，向烧杯中加入55-65毫升氢氧化钠溶液，磁力搅拌15-20分钟，然后向烧杯中加入1.8-2.0克硒和3.0-3.2克硼酸钠，在40-50℃水浴加热下搅拌30-40分钟，然后将搅拌混合物倒入三口烧瓶中，通入氮气排出烧瓶中空气，升温至70-80℃，使用氨水调节体系pH值在10.3-10.5之间，搅拌反应2-3小时；
（2）反应结束后，自然冷却至30-35℃，将产物在超声波清洗器中超声振荡8-10分钟，然后利用外磁场将具有磁性的固体产物分离出来，使用去离水和丙酮先后各清洗2-3次，在55-60℃真空下干燥3-4小时，然后加入到100-110毫升无水乙醇中，向无水乙醇中加入7.5-7.8克预处理后的石墨粉，搅拌混合均匀后加入1.6-1.8毫升油酸和0.6-0.7克十二烷基苯磺酸钠，超声分散15-20分钟，得到混合物料；
（3）将混合物料转移至聚四氟乙烯内层的高压反应釜中，在220-230℃下保温反应9-12小时，压力为1.8-2.0MPa，反应结束后随炉冷却至室温，将产物取出，使用去离子水和无水乙醇先后各清洗4-5次，然后将产物在80-90℃下干燥8-10小时，置于坩埚中，放入马弗炉中煅烧3-4小时，煅烧温度为340-350℃，煅烧后压制成片即可。
2.如权利要求1所述一种回收工业废水中金属离子的净化材料，其特征在于，步骤（1）所述氢氧化钠溶液摩尔浓度为1.0-1.5摩尔/升。
3.如权利要求1所述一种回收工业废水中金属离子的净化材料，其特征在于，步骤（2）所述氨水pH值在11.3-11.6之间。
4.如权利要求1所述一种回收工业废水中金属离子的净化材料，其特征在于，步骤（2）所述预处理后的石墨粉是将石墨粉置于烧杯中，加入2-3倍体积的摩尔浓度为3.0-3.5摩尔/升的盐酸溶液中浸泡2-3小时，然后进行过滤，烘干，置于管式炉中，在氮气气流保护下，以4-5℃/分钟的速度升温加热至660-680℃，保温1.5-2.0小时，以10-12℃/分钟的速度冷却至室温即可。
5.如权利要求1所述一种回收工业废水中金属离子的净化材料，其特征在于，步骤（3）制备得到的净化材料孔径大小在30-60纳米之间。
6.如权利要求4所述一种回收工业废水中金属离子的净化材料，其特征在于，所述氮气气流为0.35-0.40升/分钟。
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2018
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