CN110064356A - 一种去除废水中重金属离子的混合物及其应用 - Google Patents

一种去除废水中重金属离子的混合物及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于废水处理技术领域，涉及一种去除废水中重金属离子的混合物及其应用。混合物包括硅藻土、改性碳球、天然风化煤合成物以及蛋壳粉；所述改性碳球采用天然淀粉热解后在铝盐中浸泡得到，所述天然风化煤合成物采用天然风化煤在氢氧化钠溶液中浸泡后热反应得到。使用方便，可直接按比例投入废水中，不需要额外添加其他的物质，特别是针对二价铁离子，不需要额外加入高锰酸钾等昂贵氧化剂操作简便。处理效果好，能够去除绝大多数的重金属离子，同时具有亲水和亲油性，对一些大分子有机物也具有较好的去除作用。

Description

一种去除废水中重金属离子的混合物及其应用
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，涉及一种去除废水中重金属离子的混合物及其应用。
背景技术
电镀废水中含有大量的重金属杂质，比如铁、铜、锌、铬等，成分复杂，各种金属价态也不完全确定，是水处理领域一项较难处理的废水来源。重金属进入水体后，对水生动植物产生危害，并且通过吸附沉淀等方式富集从而破坏整个水生生态系统。重金属在水体中无法降解，进入自然环境中后会经食物链生物放大，从而在生物体内富集。重金属在人体内不易排泄，当含量超过人体负荷时就会使人体健康受到威胁。
对于处理重金属废水的方法有很多种，根据其作用机理主要分为三大类：一类是化学法，通过化学的手段进行处理：在重金属废水中加入沉淀剂生成不溶于水的重金属沉淀物，最终通过沉淀过滤的方式降低重金属含量从而达到处理重金属废水的目的。因此，化学沉淀法是一种简单有效、在工业中使用最广泛的工艺。生成氢氧化物沉淀和硫化物沉淀是化学沉淀法所常用的两种手段。化学法还包括化学还原法分为氧化还原法和电化学还原法。其中氧化还原法最常用于电镀。废水的处理中。第二类是物理法，其中应用最多的是吸附法，其次如离子交换、膜分离、溶剂萃取等分离技术也是较为常见的。还有一类是比较环保的生物法，生物法又具体分为生物吸附、生物絮凝、植物修复法。
目前最常用的去除重金属离子的处理方法有沉淀法、吸附法、膜分离法等，在这些处理方法中，运用沉淀法进行处理的适用范围更广。这是由于沉淀法处理含重金属离子的废水成本低廉、操作简单、处理效率好。传统的重金属离子废水处理剂包括石灰、氢氧化钠、硫化钙、硫化钠等。然而，形成的重金属沉淀仅依靠重力沉降来达到与水分离的目的，而且大多数处理剂显示出低水溶性，对环境不友好等缺点。 因此，开发出具有低污染和快速的固液分离性能的重金属离子废水处理剂成为研究热点。
发明内容
本发明针对传统废水重金属处理中存在的问题提出一种新型的去除废水中重金属离子的混合物及其应用。
为了达到上述目的，本发明是采用下述的技术方案实现的：
一种去除废水中重金属离子的混合物,包括硅藻土、改性碳球、天然风化煤合成物以及蛋壳粉；所述改性碳球采用天然淀粉热解后在铝盐中浸泡得到，所述天然风化煤合成物采用天然风化煤在氢氧化钠溶液中浸泡后热反应得到，所述混合物中各物质重量份数如下：硅藻土1-2份、改性碳球10-20份、天然风化煤合成物5-10份以及蛋壳粉10-20份。
作为优选，所述硅藻土研磨后过80目筛，所述蛋壳粉研磨后过200目筛。
作为优选，改性碳球采用如下步骤制得：将天然淀粉加入水中，超声，然后在120-130℃下热解1-2h，得到透明溶液；然后将透明溶液在220℃的高压反应釜中水热反应5-8h；得到棕色溶液，冷冻干燥后得到亲水性粉体；然后将亲水性粉体浸泡于质量分数为38.5%的氯化铝溶液中，30-35℃下密封浸泡2-5h，然后在温度600-900℃氮气氛围下干燥0.5-5.5h。
作为优选，所述天然风化煤合成物采用如下步骤制得：将天然风化煤研磨粉碎后置于0.5-1.5mol/L的氢氧化钠溶液中，30-45℃下浸泡2.5-5.5h，然后加入等体积1.5-2.5mol/L的氢氧化钠溶液，55-65℃下二次浸泡1-3h，然后取上清液过滤后放置于反应釜中，在氮气氛围下加热至68-70℃聚合反应1-2h得到聚合物，将聚合物烘干后研磨，得到天然风化煤合成物。
作为优选，所述天然风化煤与氢氧化钠溶液质量比为1:（2-5），优选质量比为1：3。
上述去除废水中重金属离子的混合物在电镀废水处理中的应用。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1.使用方便，可直接按比例投入废水中，不需要额外添加其他的物质，特别是针对二价铁离子，不需要额外加入高锰酸钾等昂贵氧化剂，去除率能够达到99.1%以上，操作简便。
2.处理效果好，能够去除绝大多数的重金属离子，铜、锌、铬、铅去除率也都在97%以上，同时具有亲水和亲油性，对一些大分子有机物也具有较好的去除作用。
3.在废水处理过程中不产生其他有害物质和废气，不产生二次污染，且原料主要是天然物质经过一定改性后得到，原料来源广泛，与现用常规的金属离子去除剂相比,成本非常低廉。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
实施例1
将硅藻土研磨后过80目筛（0.180mm），取筛下物10g备用。称取地瓜淀粉200g加入水中，超声，然后在120℃下热解1h，得到透明溶液；然后将透明溶液在220℃的高压反应釜中水热反应5h；得到棕色溶液，在-（10-15）℃温度下冷冻干燥后得到亲水性粉体；然后将亲水性粉体浸泡于质量分数为38.5%的氯化铝溶液中，30℃下密封浸泡5h，然后在温度600℃氮气氛围下干燥2h，得到改性碳球，然后称取100g备用。将天然风化煤80g研磨粉碎（粒径小于0.1mm）后置于0.5mol/L的氢氧化钠溶液中，30℃下浸泡3h，然后加入等体积2.5mol/L的氢氧化钠溶液，55℃下二次浸泡1h。两种不同浓度的氢氧化钠溶液事先配好之后，0.5mol/L的氢氧化钠称取240g，量取其体积，然后量取等体积的2.5mol/L的氢氧化钠，二次浸泡时备用。然后取上清液过滤后放置于反应釜中，在氮气氛围下加热至68℃聚合反应1.5h得到聚合物，将聚合物烘干后研磨，得到天然风化煤合成物，经称量质量在91g左右。蛋壳粉采用如下步骤制备：将鸡蛋中的蛋清和蛋黄取出，或者收集干燥蛋壳，浸泡后将蛋壳内膜取下，然后将蛋壳烘干或者自然风干，磨碎后过200目筛，然后称取筛下物200g。将四种物质混合均匀即可，本实施例采用简单混合的方式，将四种物质放入瓶中密封后摇晃5左右分钟即可。
实施例2
将硅藻土研磨后过80目筛（0.180mm），取筛下物20g备用。称取地瓜淀粉200g加入水中，超声，然后在125℃下热解1.5h，得到透明溶液；然后将透明溶液在220℃的高压反应釜中水热反应8h；得到棕色溶液，在-（10-15）℃温度下冷冻干燥后得到亲水性粉体；然后将亲水性粉体浸泡于质量分数为38.5%的氯化铝溶液中，35℃下密封浸泡3h，然后在温度900℃氮气氛围下干燥36min，得到改性碳球，然后称取128g备用。将天然风化煤100g研磨粉碎（粒径小于0.1mm）后置于0.5mol/L的氢氧化钠溶液中，43℃下浸泡3.7h，然后加入等体积2.0mol/L的氢氧化钠溶液，62℃下二次浸泡1.5h。两种不同浓度的氢氧化钠溶液事先配好之后，0.5mol/L的氢氧化钠称取250g，量取其体积，然后量取等体积的2.0mol/L的氢氧化钠，二次浸泡时备用。然后取上清液过滤后放置于反应釜中，在氮气氛围下加热至68℃聚合反应1.5h得到聚合物，将聚合物烘干后研磨，得到天然风化煤合成物，称量50g左右备用。蛋壳粉采用如下步骤制备：将鸡蛋中的蛋清和蛋黄取出，或者收集干燥蛋壳，浸泡后将蛋壳内膜取下，然后将蛋壳烘干或者自然风干，磨碎后过200目筛，然后称取筛下物160g。将四种物质混合均匀即可，本实施例采用简单混合的方式，将四种物质放入瓶中密封后摇晃5左右分钟即可。
实施例3
将硅藻土研磨后过80目筛（0.180mm），取筛下物18g备用。称取地瓜淀粉200g加入水中，超声，然后在125℃下热解1.5h，得到透明溶液；然后将透明溶液在220℃的高压反应釜中水热反应8h；得到棕色溶液，在-（10-15）℃温度下冷冻干燥后得到亲水性粉体；然后将亲水性粉体浸泡于质量分数为38.5%的氯化铝溶液中，35℃下密封浸泡3h，然后在温度900℃氮气氛围下干燥36min，得到改性碳球，然后称取265g备用。将天然风化煤170g研磨粉碎（粒径小于0.1mm）后置于1.0mol/L的氢氧化钠溶液中，38℃下浸泡4h，然后加入等体积2.5mol/L的氢氧化钠溶液，59℃下二次浸泡1.8h。两种不同浓度的氢氧化钠溶液事先配好之后，1.0mol/L的氢氧化钠称取500g，量取其体积，然后量取等体积的2.5mol/L的氢氧化钠，二次浸泡时备用。然后取上清液过滤后放置于反应釜中，在氮气氛围下加热至65℃聚合反应1.8h得到聚合物，将聚合物烘干后研磨，得到天然风化煤合成物，称量115g左右备用。蛋壳粉采用如下步骤制备：将鸡蛋中的蛋清和蛋黄取出，或者收集干燥蛋壳，浸泡后将蛋壳内膜取下，然后将蛋壳烘干或者自然风干，磨碎后过200目筛，然后称取筛下物193g。将四种物质混合均匀即可，本实施例采用简单混合的方式，将四种物质放入瓶中密封后摇晃5左右分钟即可。
实施例4
采用实施例1所述的制备方法，硅藻土（北京创清源过滤器材有限责任公司）1.9g、改性碳球13.4g、天然风化煤合成物6.5g以及蛋壳粉18.7g。
实施例5
采用实施例1所述的制备方法，硅藻土为1.9g、改性碳球14.5g、天然风化煤合成物6.5g以及蛋壳粉26.4g。
重金属离子去除情况检测。
取山东泰安某电镀厂废水，废水中含大量锌、铜、铅、铬、二价铁离子等污染源，锌、铜、铅、铬、二价铁离子浓度分别为23.8mg/L、59.3mg/L、28.6mg/L、21.1mg/L、46.8mg/L,此外,废水中还含有一些有机物,主要成分为聚醚表面活性剂、聚二硫二丙烷磺酸钠、聚二硫二丙烷硫酸钠和取代硫脲等有机物的组合。按照投加浓度60ppm直接加入电镀废水中，反应20min后去除沉降物，检测滤液中锌、铜、铅、铬、二价铁离子浓度，检测结果如表1所示。
表1电镀废水滤液中各重金属离子含量检测结果
从检测结果来看，实施例1-5制得的混合物均具有良好的重金属去除效果，不需要额外添加其他的物质和PH调节剂，特别是针对二价铁离子，也不需要额外加入高锰酸钾等昂贵氧化剂，去除率能够达到99.1%以上，操作简便。改性后的碳球同时具有亲水和亲油性，使得该混合物能同时除去一些有机大分子物质，并且与另外三种物质相互协同促进，能够在较短的时间内，去除绝大多数的重金属离子，铜、锌、铬、铅去除率也都在97%以上,同时本发明兼具亲水和亲油性,对有机物和大分子也有非常好的去除作用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种去除废水中重金属离子的混合物,其特征在于，包括硅藻土、改性碳球、天然风化煤合成物以及蛋壳粉；所述改性碳球采用天然淀粉热解后在铝盐中浸泡得到，所述天然风化煤合成物采用天然风化煤在氢氧化钠溶液中浸泡后热反应得到，所述混合物中各物质重量份数如下：硅藻土1-2份、改性碳球10-20份、天然风化煤合成物5-10份以及蛋壳粉10-20份。
2.根据权利要求1所述的去除废水中重金属离子的混合物,其特征在于，所述硅藻土研磨后过80目筛，所述蛋壳粉研磨后过200目筛。
3.根据权利要求1所述的去除废水中重金属离子的混合物,其特征在于，改性碳球采用如下步骤制得：将天然淀粉加入水中，超声，然后在120-130℃下热解1-2h，得到透明溶液；然后将透明溶液在220℃的高压反应釜中水热反应5-8h；得到棕色溶液，冷冻干燥后得到亲水性粉体；然后将亲水性粉体浸泡于质量分数为38.5%的氯化铝溶液中，30-35℃下密封浸泡2-5h，然后在温度600-900℃氮气氛围下干燥0.5-5.5h。
4.根据权利要求1所述的去除废水中重金属离子的混合物,其特征在于，所述天然风化煤合成物采用如下步骤制得：将天然风化煤研磨粉碎后置于0.5-1.5mol/L的氢氧化钠溶液中，30-45℃下浸泡2.5-5.5h，然后加入等体积1.5-2.5mol/L的氢氧化钠溶液，55-65℃下二次浸泡1-3h，然后取上清液过滤后放置于反应釜中，在氮气氛围下加热至68-70℃聚合反应1-2h得到聚合物，将聚合物烘干后研磨，得到天然风化煤合成物。
5.根据权利要求4所述的去除废水中重金属离子的混合物,其特征在于，所述天然风化煤与氢氧化钠溶液质量比为1:（2-5），优选质量比为1：3。
6.权利要求1-5任意一项所述去除废水中重金属离子的混合物在电镀废水处理中的应用。
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