CN109317113A - 一种吸附废水中重金属离子的凝胶微球及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工业废水处理技术领域，特别涉及一种吸附废水中重金属离子的凝胶微球及其制备方法。该凝胶微球以天然植物黄麻叶为原料，来源丰富易得、价格低廉、可生物降解、环境友好且制备方法简单，易于工业化生产。制得的凝胶微球对废水中重金属离子铬具有显著的吸附效果。此外，本发明的黄麻叶凝胶微球吸附后的凝胶微球易于从水体中分离，可回收重复利用，既节省资源又不会造成二次污染。

Description

一种吸附废水中重金属离子的凝胶微球及其制备方法
技术领域
本发明涉及工业废水处理技术领域，尤其涉及一种吸附废水中重金属离子的凝胶微球及其制备方法。
背景技术
重金属的污染主要来源于工业污染，如电镀、矿山开采、钢铁及有色金属冶炼等，而工业污染大多通过废渣、废水、废气排入环境。重金属不能被生物降解为无害物质，且可在人和动物、植物中富集，从而对环境和人的健康造成很大的危害。铬是一种毒性很大的重金属，容易进入人体细胞，对肝、肾等内脏器官和DNA造成损伤，在人体内蓄积具有致癌性并可能诱发基因突变。铬在自然环境中一般以三价铬和六价铬的形态存在，一般认为六价铬的毒性更强，更易为人体吸收，而且可在体内蓄积。六价铬的毒性比三价铬要高100倍，是强致突变物质，可诱发肺癌和鼻咽癌。因此，工业重金属污染的治理，尤其是铬污染的治理，是环境保护中一个亟待解决的重大问题。
吸附法是一种较为高效、经济的处理工业废水的方法。近年来，研究者利用农林废弃植物吸附剂吸附和分离废水中的污染物，该方法因具有吸附速度快、成本低、操作简单、环境友好等特点而独具优势。
黄麻是一种来源丰富、可生物降解的可再生资源。黄麻尤其是黄麻叶含有丰富的-OH和-NH2等功能基团，对重金属离子具有一定的螯合作用。然而，单一黄麻叶作为吸附剂，在水溶液中表现为粘稠状，分散性不好，对废水中重金属离子的吸附效果不理想，且吸附后难以回收，容易造成二次污染，导致其应用受到限制。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种对吸附废水中重金属离子的凝胶微球，使得该凝胶微球不仅对废水中重金属离子具有良好的吸附效果，而且能够回收利用，不会对水体造成二次污染。
为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种吸附废水中重金属离子的凝胶微球，由氯化钙、海藻酸钠、黄麻叶粉和去离子水制成。
本发明以天然植物黄麻叶为原料，来源丰富易得、价格低廉，可生物降解、对环境友好。本发明通过将黄麻叶与氯化钙和海藻酸钠合理搭配，制得的凝胶微球对废水中重金属铬具有显著的吸附效果，吸附后的凝胶微球易于从水体中分离，不会造成二次污染。同时，凝胶微球的制备方法简单，易于工业化生产。
在一些实施方案中，所述氯化钙、海藻酸钠和黄麻叶的质量比为(1～4)：(1～4)。在一些具体实施例中，海藻酸钠和黄麻叶的质量比为4：1。在另一些具体实施例中，海藻酸钠和黄麻叶的质量比为1：1。在另一些具体实施例中，海藻酸钠和黄麻叶的质量比为1：4。
在一些实施方案中，所述氯化钙溶液中氯化钙的质量百分数为2～8％。在一些具体实施例中，所述氯化钙溶液中氯化钙的质量百分数为5％或6％。
在一些实施方案中，所述海藻酸钠占所述凝胶微球的质量百分比为1～5％。在一些具体实施例中，所述海藻酸钠占所述凝胶微球的质量百分比为2％。
本发明中，黄麻叶粉为长果种或圆果种的黄麻叶片经干燥、粉碎后获得的粉末，所述黄麻叶粉粒径为30～300μm。
本发明还提供了所述凝胶微球的制备方法，包括：
将海藻酸钠和去离子水混合，水浴加热、搅拌，得海藻酸钠水溶液；
向所述海藻酸钠水溶液中加入黄麻叶粉，搅拌均匀，得混合液；
将所述混合液用蠕动泵匀速泵入到5％氯化钙溶液中，得凝胶颗粒，将凝胶颗粒浸泡12～24h，获得所述凝胶微球。
本发明在制备海藻酸钠水溶液时，将海藻酸钠和去离子水混合后，水浴加热、搅拌的时间为1～2h。
本发明在制备混合液时，海藻酸钠水溶液中加入黄麻叶粉后，搅拌时间为1～4h，使得海藻酸钠水溶液与黄麻叶粉混合均匀。
在一些实施方案中，蠕动泵的转速为0.1～10mL/min。在一些具体实施例中，蠕动泵的转速为1.0mL/min。
本发明提供的凝胶微球的制备方法中，在所述凝胶颗粒浸泡12～24h后还包括用去离子水冲洗3～5次，自然晾干的步骤。具体的，本发明自然晾干的时间为12h以上。
本发明还提供了由上述制备方法制得的凝胶微球，制得的凝胶微球含水量低于60％，所述凝胶微球的粒径为0.5～10mm。具体的，在一些实施例中，所述凝胶微球的含水量为50～60％，胶微球的粒径为0.5～2mm。
本发明考察了所述凝胶微球对水体中的重金属离子Pb(II)、Cd(II)和Cr(Ⅵ)的吸附作用，结果显示，本发明凝胶微球对铬离子吸附容量远高于对照组1的空白凝胶微球和对照组2的黄麻叶凝胶微球，表现出显著地吸附效果。因此，本发明还提供了凝胶微球在吸附废水中重金属离子的应用，所述重金属离子为铬离子。
本发明提供的凝胶微球由氯化钙溶液、海藻酸钠、黄麻叶粉和去离子水制成。本发明将黄麻叶与氯化钙和海藻酸钠合理搭配，结合特定的工艺制得的凝胶微球对废水中重金属铬具有显著的吸附效果，吸附后的凝胶微球易于从水体中分离，回收后可重复利用，不会造成二次污染同时节约资源。另外，本发明还提供了凝胶微球的制备方法，该方法步骤简单，易于工业化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1示本发明实施例1～3制备的凝胶微球；
图2示本发明实施例1～3和对照组1、2的凝胶微球对重金属离子Pb(II)、Cd(II)和Cr(Ⅵ)吸附效果的柱状图。
具体实施方式
本发明公开了一种吸附废水中重金属离子的凝胶微球及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
对所公开的实施例的说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
本发明采用的试材皆为普通市售品，皆可于市场购得。
下面结合实施例，进一步阐述本发明：
实施例1本发明凝胶微球1的制备
将2g海藻酸钠在水浴加热条件下搅拌溶解于100mL去离子水中，然后加入0.5g过60目筛的黄麻叶粉末(粒径在30～250μm之间)，将上述二者混合搅拌后，用蠕动泵以1.0mL/min的转速滴加入5％的氯化钙溶液中，形成凝胶微球，并将其静置24后，用去离子水清洗4～5次，并倾到在纱布上，自然晾干12h，获得本发明凝胶微球，含水量为55％，粒径为0.5～2mm，如图1所示。
实施例2本发明凝胶微球2的制备
将1g海藻酸钠在水浴加热条件下搅拌溶解于100mL去离子水中，然后加入1g过60目筛的黄麻叶粉末(粒径在30～250μm之间)，将上述二者混合搅拌后，用蠕动泵以1.5mL/min的转速滴加入5％的氯化钙溶液中，形成凝胶微球，并将其静置24后，用去离子水清洗4～5次，并倾到在纱布上，自然晾干12h，获得本发明凝胶微球，含水量为50％，粒径为0.5～2mm，如图1所示。
实施例3本发明凝胶微球3的制备
将0.5g海藻酸钠在水浴加热条件下搅拌溶解于100mL去离子水中，然后加入2.0g过60目筛的黄麻叶粉末(粒径在30～250μm之间)，将上述二者混合搅拌后，用蠕动泵以2mL/min的转速滴加入6％的氯化钙溶液中，形成凝胶微球，并将其静置24后，用去离子水清洗4～5次，并倾到在纱布上，自然晾干12h，获得本发明凝胶微球，含水量为60％左右，粒径为0.5～2mm，如图1所示。
实施例4本发明凝胶微球对水体中的重金属离子吸附作用
试验组1：本发明实施例1的凝胶微球。
试验组2：本发明实施例2的凝胶微球。
试验组3：本发明实施例3的凝胶微球。
对照组1：将2g海藻酸钠在水浴加热条件下搅拌溶解于100mL去离子水中，用蠕动泵以1.0mL/min的转速滴加入5％的氯化钙溶液中，而制备的空白凝胶微球。
对照组2：海藻酸钠0.5g，黄麻叶粉3g，按照实施例1的方法制备的凝胶微球4，其中，蠕动泵以3mL/min的转速滴加入10％的氯化钙溶液中，其他条件与实施例1相同。
分别取20mL浓度为100mg/L的Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)重金属离子溶液，分别加入1.0g实施例1～3的凝胶微球、对照组1和2的凝胶微球，置于摇床上以150rpm/min的速度于25℃条件下振荡反应24h；分别取0.5mL溶液，定容到50mL，用原子吸收分光光度计测定上清液中重金属的浓度；对于溶液中Cr(Ⅵ)的浓度，则采用二苯基碳酰二肼分光光度法，于540nm波长下测定。黄麻叶凝胶微球对重金属的吸附容量用以下公式来计算：
其中，qe(mg/g)为平衡时的吸附容量，c0和ce(mg/L)分别为重金属离子的初始浓度和平衡浓度，V(L)为重金属溶液的体积，m(g)为黄麻干叶吸附剂的投加量。
结果如图2所示，结果显示，本发明实施例1～3的凝胶微球对重金属Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)都具有一定的吸附作用，其中对Cr(Ⅵ)的吸附容量远高于空白凝胶微球和凝胶微球4，因此本发明的黄麻叶凝胶微球更适合于吸附含铬的重金属废水。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种吸附废水中重金属离子的凝胶微球，其特征在于，由氯化钙溶液、海藻酸钠、黄麻叶粉和去离子水制成。
2.根据权利要求1所述凝胶微球，其特征在于，所述海藻酸钠和黄麻叶的质量比为(1～4)：(1～4)。
3.根据权利要求1所述凝胶微球，其特征在于，所述氯化钙溶液中氯化钙的质量分数为2～8％。
4.根据权利要求1所述凝胶微球，其特征在于，所述海藻酸钠占所述凝胶微球的质量百分比为1～5％。
5.权利要求1～4任一项所述凝胶微球的制备方法，其特征在于，包括：
将海藻酸钠和去离子水混合，水浴加热、搅拌，得海藻酸钠水溶液；
向所述海藻酸钠水溶液中加入黄麻叶粉，搅拌均匀，得混合液；
将所述混合液用蠕动泵匀速泵入到5％氯化钙溶液中，得凝胶颗粒，将凝胶颗粒浸泡12～24h，获得所述凝胶微球。
6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述蠕动泵的转速为0.1～10mL/min。
7.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，在所述凝胶颗粒浸泡12～24h后还包括用去离子水冲洗3～5次，自然晾干的步骤。
8.权利要求5～7任一项制备方法制得的凝胶微球，其特征在于，所述凝胶微球的含水量低于60％，所述凝胶微球的粒径为0.5～10mm。
9.权利要求1～4任一项所述凝胶微球或权利要求8所述凝胶微球在吸附废水中重金属离子的应用。
10.根据权利要求9所述应用，其特征在于，所述重金属离子为铬离子。
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