CN109701488A - 一种利用工业废物制备重金属吸附剂的方法 - Google Patents

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张宝平
袁文振
汤文杰
尹婷婷
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Abstract

本发明公开了一种利用工业废物制备重金属吸附剂的方法，其特征在于分为4个步骤：步骤1为钢渣的预处理，粉碎钢渣洗净烘干后调ph值，调节完ph值搅拌反应30‑60min，过滤、晾干；步骤2为脱硫石膏预处理，脱硫石膏粉碎过筛，洗净、晾干后加入10‑15％高锰酸钾溶液，搅拌反应45min，过滤、晾干；步骤3为在550℃下高温焙烧4：3：2：1的钢渣、脱硫石膏、活性炭、壳聚糖得到混合物，焙烧后将该混合物冷却、粉碎造粒制备出重金属吸附剂，之后进行步骤4吸附性能的测定。本发明使用冶金工业废弃物为主要原料，对环境友好，且生产出的重金属吸附剂效率高、成本低，具有良好的经济效益。

Description

一种利用工业废物制备重金属吸附剂的方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种利用工业废物制备重金属吸附剂的方法。
背景技术
目前常用的重金属废水处理技术主要有化学沉淀法、氧化还原法、离子交换、吸附法、膜分离法、生物法等。吸附法所使用的材料即为重金属吸附剂。重金属吸附剂具有以下特性：
1)稳定性：与重金属离子形成稳定的聚合物，在强酸和强碱性环境下均不会析出重金属离子，在-100度至300度的温度范围内重金属螯合物也非常稳定，在自然环境下，可保持长达数百年的聚合物稳定性；
2)灵敏性：对废水中恒量的金属离子非常有效，可以将废水中的有毒金属离子含量降低到零；
3)无毒性：为稳定高分子聚合物，因此不会给环境带来二次污染。
重金属吸附剂法目前正广泛应用与热电厂、电镀厂。还用于各种电镀清洗及电镀污水，重金属的去除效果特好。
比如国家知识产权局公开了公开号为CN 104056605A的专利文献，一种改性草纤维吸附重金属的吸附剂及其制备方法。该发明采用采用的技术方案如下：将笈笈草粉碎、烘干，取一定量草粉，加入少许水，用0.1M的氢氧化钠溶液将pH调节在7.5-10.5，在20-30摄氏度下搅拌反应60-80分钟，再加入30％双氧水反应60分钟。
又如国家知识产权局公开了公开号为CN 104056603A的专利文献，一种改性笈笈草与菌体混合物重金属吸附剂。其技术方案如下：将笈笈草粉碎、烘干，取一定量草粉，加入少许水，用0.1M的氢氧化钠溶液将pH调节在7.5-10.5，在120-150摄氏度下反应60-80min，此过程在不断搅拌中完成。反应完成后，加入一定量的地衣芽孢杆菌S1，以乳糖为介质，搅拌均匀，抽滤、洗涤、干燥，即得到该重金属吸附剂。
又如国家知识产权局公开了公开号为CN 108380190A的专利文献，一种新型重金属吸附剂，其特征在于：按照质量份数，所述重金属吸附剂的成分包括：羟基磷石灰粉末70-80份，凹凸棒土80-85份，改性木质纤维素25-30份，氯化锰6-9份，氧化铁4-8份，聚合氯化铝5-12份，聚酰胺树脂8-10份，表面活性剂4-6份，络合剂3-7份。
经过检索，还没有发现有类似于本发明所使用的以钢渣和烟气脱硫石膏为主，以活性炭、壳聚糖为辅并使用类似工艺流程制备重金属吸附剂的方法。
发明内容
为了克服上述之不足，本发明目的在于提供一种利用工业废物制备重金属吸附剂的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种利用工业废物制备重金属吸附剂的方法，该方法分为4个步骤：步骤1为钢渣的预处理；步骤2为脱硫石膏预处理；步骤3为吸附剂的烧制；步骤4为吸附性能的测定；其中步骤1与步骤2可同时进行；
步骤1：钢渣的预处理
将钢渣用粉碎机粉碎过筛，颗粒粒度控制在5-10目，粉碎后的钢渣颗粒用蒸馏水洗净，晾干，置于烘箱中以50℃的温度烘干90分钟，得到烘干后的粉末；所述烘干后的粉末使用浓度为1％的NaOH溶液，调节粉末的pH至9-10.5，调节完ph值后的粉末在25℃温度环境中搅拌反应30-60分钟，反应后过滤、晾干；
步骤2：脱硫石膏预处理
将脱硫石膏用粉碎机粉碎过筛得到脱硫石膏颗粒，该颗粒粒度控制在5-10目，粉碎后的石膏颗粒用蒸馏水洗净、晾干之后加入10一15％的高锰酸钾溶液，在25℃温度环境下搅拌反应 45分钟，反应后过滤、晾干备用；
步骤3：吸附剂的烧制
取预处理后的钢渣粉末与石膏颗粒，其中钢渣粉末、石膏颗粒、活性炭、壳聚糖控制比例为4∶3∶2∶1，均匀混合后，在550℃下高温焙烧90分钟得到混合物；焙烧后将该混合物冷却，通过粉碎该混合物之后用粉末造粒制备出20目的颗粒状固体试剂，即得到该重金属吸附剂；
步骤4：吸附性能的测定
取步骤3制得的重金属吸附剂1g，加入50ml浓度为10mg/L的Mn(NO3)2溶液，在25℃温度环境下搅拌反应1小时，抽滤除渣得到滤液；对该滤液进行吸附性能测定。
进一步地，所述步骤4中所述滤液的吸附性能测定参照标准HJ 776-2015水质32种元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法，使用等离子光谱(ICP)测定其中的Mn2+的浓度变化，通过吸附率计算公式计算吸附率。
进一步地，步骤4中吸附率计算公式如下：
本发明的有益效果是：本发明使用冶金工业废弃物为主要原料，对环境友好，且生产出的重金属吸附剂效率高、成本低，具有良好的经济效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1
步骤1：钢渣的预处理
将钢渣用粉碎机粉碎过筛，颗粒粒度控制在5-10目，粉碎后的钢渣颗粒用蒸馏水洗净，晾干，置于烘箱中以50℃的温度烘干90分钟，得到烘干后的粉末；所述烘干后的粉末使用浓度为1％的NaOH溶液，调节粉末的pH至9-10.5，调节完ph值后的粉末在25℃温度环境中搅拌反应30-60分钟，反应后过滤、晾干；
步骤2：脱硫石膏预处理
将脱硫石膏用粉碎机粉碎过筛得到脱硫石膏颗粒，该颗粒粒度控制在5-10目，粉碎后的石膏颗粒用蒸馏水洗净、晾干之后加入10-15％的高锰酸钾溶液，在25℃温度环境下搅拌反应 45分钟，反应后过滤、晾干备用；
步骤3：吸附剂的烧制
取预处理后的钢渣粉末与石膏颗粒，其中钢渣粉末、石膏颗粒、活性炭、壳聚糖控制比例为4∶3∶2∶1，均匀混合后，在550℃下高温焙烧90分钟得到混合物；焙烧后将该混合物冷却，通过粉碎该混合物之后用粉末造粒制备出20目的颗粒状固体试剂，即得到该重金属吸附剂；
步骤4：吸附性能的测定
取步骤3制得的重金属吸附剂1g，加入50ml浓度为10mg/L的Mn(NO3)2溶液，在25℃温度环境下搅拌反应1小时，抽滤除渣得到滤液；对该滤液进行吸附性能测定。
计算公式：
实施例2
重金属吸附剂的应用：
以冷轧废水作吸附试验。
取1g实施例1制备的重金属吸附剂于1000ml容量的锥形瓶中，所述重金属吸附剂使用浓度调至1g/L，再取冷轧废水倒入其中。在室温下，搅拌反应1h，参照标准HJ 776-2015水质32种元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法，使用等离子光谱(ICP)测定其中Ca2+、Zn2+、Mg2+、Fe2+等重金属离子的浓度变化，通过吸附率计算公式计算吸附率；
其中吸附率计算公式如下：
数据如下表1所示：
Ca<sup>2+</sup> Mn<sup>2+</sup> Zn<sup>2+</sup> Mg<sup>2+</sup> Fe<sup>2+</sup>
吸附前(mg/L) 5.21 7.68 9.53 2.57 3.46
吸附后(mg/L) 0.78 0.73 1.53 0.62 0.49
吸附率％ 85.0 90.5 83.9 75.9 85.8
表1吸附前后水样分析数据(mg/L)
可以看到，吸附率最高的Mn2+的吸附率达到了90.5％，而即使是吸附率最低的Mg2+也有着75.9％的吸附率，可见该吸附剂对废水中各种重金属离子均有较好的吸附效果。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种利用工业废物制备重金属吸附剂的方法，其特征在于，该方法分为4个步骤：步骤1为钢渣的预处理；步骤2为脱硫石膏预处理；步骤3为吸附剂的烧制；步骤4为吸附性能的测定；其中步骤1与步骤2可同时进行；
步骤1：钢渣的预处理
将钢渣用粉碎机粉碎过筛，颗粒粒度控制在5-10目，粉碎后的钢渣颗粒用蒸馏水洗净，晾干，置于烘箱中以50℃的温度烘干90分钟，得到烘干后的粉末；所述烘干后的粉末使用浓度为1％的NaOH溶液，调节粉末的pH至9-10.5，调节完ph值后的粉末在25℃温度环境中搅拌反应30-60分钟，反应后过滤、晾干；
步骤2：脱硫石膏预处理
将脱硫石膏用粉碎机粉碎过筛得到脱硫石膏颗粒，该颗粒粒度控制在5-10目，粉碎后的石膏颗粒用蒸馏水洗净、晾干之后加入10-15％的高锰酸钾溶液，在25℃温度环境下搅拌反应45分钟，反应后过滤、晾干备用；
步骤3：吸附剂的烧制
取预处理后的钢渣粉末与石膏颗粒，其中钢渣粉末、石膏颗粒、活性炭、壳聚糖控制比例为4：3：2：1，均匀混合后，在550℃下高温焙烧90分钟得到混合物；焙烧后将该混合物冷却，通过粉碎该混合物之后用粉末造粒制备出20目的颗粒状固体试剂，即得到该重金属吸附剂；
步骤4：吸附性能的测定
取步骤3制得的重金属吸附剂1g，加入50ml浓度为10mg/L的Mn(NO3)2溶液，在25℃温度环境下搅拌反应1小时，抽滤除渣得到滤液；对该滤液进行吸附性能测定。
2.根据权利要求1所述的一种利用工业废物制备重金属吸附剂的方法，其特征在于：吸附率计算公式如下：
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