CN111389375A - 一种重金属离子吸附剂的制备及其吸附方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重金属离子吸附剂的制备及其吸附方法，属于环保技术领域，该吸附剂制备方法是将分级木质素：亚铁化合物：双氧水：甲醛：胺化物按质量比为1.5：0.01‑0.05：0.05‑0.4：2.0‑8.0：1.0‑4.0的比例进行反应。分级木质素分散在水溶液中调节溶液pH为酸性，其次加入亚铁化合物和双氧水调节溶液pH为碱性，最后加入甲醛和胺化物反应一段时间，酸析、洗涤后即可得吸附剂。选取多羟基的分级木质素进行胺化改性，通过反应物不同投加配比来优化分级木质素胺化改性过程，致力于合成一种具有高效吸附官能团的吸附剂。适用于弱酸性条件下多种重金属离子吸附，原料来源广发，利用工业技术手段可以实现蔗渣中木质素的提取分离，实现废弃资源的循环利用，达到环保节能的效果。

Description

一种重金属离子吸附剂的制备及其吸附方法
技术领域
本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种重金属离子吸附剂的制备及其吸附方法。
背景技术
近几年，随着经济的快速发展，我国加大工业生产进程，其中在矿冶金、机械制造、化工、电子生产等过程产生大量重金属工业废水(含有铜、铅、镉、锌、铬、汞等重金属离子)。这些工业废水大量排放，使土壤和水中的重金属积累加剧，重金属对环境污染也日益加重，这导致全国各地频频出现重金属中毒或重金属污染事件，引起人们广泛关注。水中重金属的处理与其它有机污染物的处理有所区别，有机污染物可以通过化学作用使其降解，但是水中的重金属离子很难发生分解破坏。目前已经开发应用的废水中重金属处理方法主要有化学法、物理化学法和生物法，包括化学沉淀、电离、离子交换、膜分离、吸附等等。在重金属废水处理过程重金属吸附法因其操作简单、去除率高、无二次污染等优点被广泛应用，但对重金属吸附剂要求严格，重金属吸附剂必须具有环境友好、可再生、可生物降解、低碳、吸附位点高等优势，这既能实现污水处理又能到达环境保护的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种重金属离子吸附剂的制备及其吸附方法，解决工业废水中重金属环境污染的技术问题。
一种重金属离子吸附剂的制备及其吸附方法，将分级木质素：亚铁化合物：双氧水：甲醛：胺化物按质量比为1.5：0.01-0.05：0.05-0.4：2.0-8.0：1.0-4.0的比例反应，首先，在100mL烧杯中加入分级木质素和蒸馏水匀速搅拌0.5h，然后滴加2mol/L稀盐酸调节溶液pH为3-4，将溶液转移至250mL三口瓶中，其次，按质量比加入亚铁化合物和双氧水，50℃匀速搅拌1h，然后滴加2mol/L氢氧化钠溶液调节溶液pH为9-10，最后，按质量比加入甲醛和胺化物，升温至80℃反应2h，80℃酸析，然后冷却至室温，抽滤、水洗、干燥得到胺化改性分级木质素。
所述分级木质素为蔗渣分级木质素，亚铁化合物为氯化亚铁。
所述胺化物为二乙烯三胺。
一种重金属离子吸附剂的吸附方法，其特征在于：分别称取Cu(NO3)2·3H2O、Pb(NO3)2、Cd(NO3)2·4H2O固体配制Cu2+、Pb2+、Cd2+单一重金属离子溶液，调节溶液pH，用量筒移取重金属溶液置于150mL锥形瓶中，加入胺化改性分级木质素，匀速搅拌待吸附完成，然后移取1ml溶液稀释10倍，过0.22μm滤膜，用电感耦合等离子体光谱仪(ICP)进行重金属离子浓度测定，计算重金属离子的去除率及吸附量。
所述单一重金属离子溶液的Cu2+、Pb2+、Cd2+三种重金属离子溶液浓度为50-400mg/L。
所述单一重金属离子溶液的pH为2-6。
所述单一重金属离子溶液的Cu2+、Pb2+、Cd2+三种重金属离子溶液体积为30-100mL。
所述加入胺化改性分级木质素的量为0.05-0.5g。
匀速搅拌待吸附时间为60min-120min。
100mg/L Cu2+或Pb2+的去除率为85％-95％，吸附量为42.5-47.5mg/g，100mg/L Cd2 +去除率为50％-70％，吸附量为25-35mg/g。
本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：
本发明的吸附剂制备方法简单，制备过程高效且产率高；2、吸附剂制备原料选取多羟基分级木质素，制备得到的吸附剂具有大量高效吸附基团氨基；3、吸附剂可以同时吸附水中的多种重金属离子，且吸附量大，吸附时间短，在有限的吸附时间里可以快速达到吸附平衡。
附图说明
图1为本发明100mg/L Cu2+、Pb2+、Cd2+去除率及吸附量随时间变化图谱。
图2为本发明100mg/L Cu2+、Pb2+、Cd2+去除率及吸附量随pH变化图谱。
图3为本发明不同浓度Cu2+、Pb2+、Cd2+的去除率和吸附量变化图谱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
实施例1
将分级木质素：亚铁化合物：双氧水：甲醛：胺化物按质量比为1.5：0.01：0.05：2.0：1.0的比例反应，首先，在100mL烧杯中加入1.5g分级木质素和30ml蒸馏水匀速搅拌0.5h，然后滴加2mol/L稀盐酸调节溶液pH为3，将溶液转移至250mL三口瓶中。其次，按质量比加入0.03g亚铁化合物和0.2g双氧水，50℃匀速搅拌1h，然后滴加2mol/L氢氧化钠溶液调节溶液pH为9。最后，按质量比加入5.0g甲醛和2.5g二乙烯三胺，升温至80℃反应2h。80℃酸析，然后冷却至室温，抽滤、水洗、干燥得到胺化改性分级木质素。
分别称取Cu(NO3)2·3H2O、Pb(NO3)2、Cd(NO3)2·4H2O固体配制100mg/L的Cu2+、Pb2+、Cd2+单一重金属离子溶液，量筒移取50mL的重金属溶液置于150mL锥形瓶中，调节溶液pH为5，加入0.1g的胺化改性分级木质素，磁力搅拌器匀速搅拌125min，分别在0min、2min、5min、10min、15min、20min、30min、60min、90min、120min各取1ml溶液稀释10倍，稀释后的溶液过0.22μm滤膜，ICP(电感耦合等离子体光谱仪)进行重金属离子浓度测定。在重金属离子吸附过程，三种离子的去除率和吸附量随时间变化如图1所示，从图1(a)和(b)知Cu2+和Pb2+在20min左右吸附平衡，图1(c)知Cd2+在35min左右吸附平衡，吸附平衡时计算胺化改性分级木质素对100mg/L Cu2+或Pb2+的去除率约为90％，吸附量约为45mg/g，100mg/L Cd2+去除率约为70％，吸附量约为35mg/g。
实施例2
将分级木质素：亚铁化合物：双氧水：甲醛：胺化物按质量比为1.5：0.05：0.4：8.0：4.0的比例反应，首先，在100mL烧杯中加入1.5g分级木质素和30ml蒸馏水匀速搅拌0.5h，然后滴加2mol/L稀盐酸调节溶液pH为4，将溶液转移至250mL三口瓶中。其次，按质量比加入0.03g亚铁化合物和0.2g双氧水，50℃匀速搅拌1h，然后滴加2mol/L氢氧化钠溶液调节溶液pH为9-10。最后，按质量比加入5.0g甲醛和2.5g二乙烯三胺，升温至80℃反应2h。80℃酸析，然后冷却至室温，抽滤、水洗、干燥得到胺化改性分级木质素。
分别称取Cu(NO3)2·3H2O、Pb(NO3)2、Cd(NO3)2·4H2O固体配制100mg/L的Cu2+、Pb2+、Cd2+单一重金属离子溶液，量筒移取50mL的重金属溶液置于150mL锥形瓶中，调节pH分别为2、2.5、3、4、5，然后分别加入0.1g的胺化改性分级木质素，磁力搅拌器匀速搅拌60min，取1ml溶液稀释10倍，稀释后的溶液过0.22μm滤膜，ICP(电感耦合等离子体光谱仪)进行重金属离子浓度测定。在重金属离子吸附过程，三种离子的去除率和吸附量随pH变化如图2所示，从图2(a)、(b)和(c)知Cu2+、Pb2+、Cd2+在pH为5时吸附达到平衡，计算胺化改性分级木质素对100mg/L Cu2+或Pb2+的去除率约为94％，吸附量约为45mg/g，100mg/L Cd2+去除率约为65％，吸附量约为32.5mg/g。
实施例3
将分级木质素：亚铁化合物：双氧水：甲醛：胺化物按质量比为1.5：0.3：0.15：6.0：2.0的比例反应，首先，在100mL烧杯中加入1.5g分级木质素和30ml蒸馏水匀速搅拌0.5h，然后滴加2mol/L稀盐酸调节溶液pH为3，将溶液转移至250mL三口瓶中。其次，按质量比加入0.03g亚铁化合物和0.2g双氧水，50℃匀速搅拌1h，然后滴加2mol/L氢氧化钠溶液调节溶液pH为9-10。最后，按质量比加入5.0g甲醛和2.5g二乙烯三胺，升温至80℃反应2h。80℃酸析，然后冷却至室温，抽滤、水洗、干燥得到胺化改性分级木质素。
分别称取Cu(NO3)2·3H2O、Pb(NO3)2、Cd(NO3)2·4H2O固体配制50、100、150、200、300、400mg/L的Cu2+、Pb2+、Cd2+单一重金属离子溶液，量筒移取50mL的重金属溶液置于150mL锥形瓶中，调节pH为5，加入0.1g的胺化改性分级木质素，磁力搅拌器匀速搅拌60min，取1ml溶液稀释10倍，稀释后的溶液过0.22μm滤膜，ICP(电感耦合等离子体光谱仪)进行重金属离子浓度测定。在重金属离子吸附过程，三种离子的去除率和吸附量随离子浓度变化如图3所示，从图3(a)知Cu2+浓度由50mg/L增大到300mg/L时，其吸附量由23mg/g逐渐增大到79mg/g，继续增大离子浓度到400mg/L，吸附量保持不变，但去除率由93％降至40％。图3(b)知，当Pb2+浓度由50mg/L增大到300mg/L时，其吸附量由24mg/g增大到120mg/g，继续增大离子浓度到400mg/g，吸附量保持不变，但去除率却由95％降到61％。图3(c)知，当Cd2+浓度由50mg/L增大到200mg/L时，吸附量由13mg/g增大到25mg/g，继续增大离子浓度到400mg/g，吸附量增大到65mg/g，而去除率却由59％下降到32％。
这些数据表明，在一段吸附时间内，重金属离子浓度较低时胺化改性分级木质素对重金属离子吸附彻底，去除率较高，随着重金属离子浓度增大，胺化改性分级木质素上的吸附位点逐渐减少，其对重金属的吸附能力下降去除率逐渐降低。定量的胺化改性分级木质素具有有限的活性吸附位点其对重金属离子的吸附能力也有限，因此在重金属离子吸附过程可根据离子浓度大小判断胺化改性分级木质素的投加量。
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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种重金属离子吸附剂的制备方法，其特征在于：将分级木质素：亚铁化合物：双氧水：甲醛：胺化物按质量比为1.5：0.01-0.05：0.05-0.4：2.0-8.0：1.0-4.0的比例反应，首先，在100mL烧杯中加入分级木质素和蒸馏水匀速搅拌0.5h，然后滴加2mol/L稀盐酸调节溶液pH为3-4，将溶液转移至250mL三口瓶中，其次，按质量比加入亚铁化合物和双氧水，50℃匀速搅拌1h，然后滴加2mol/L氢氧化钠溶液调节溶液pH为9-10，最后，按质量比加入甲醛和胺化物，升温至80℃反应2h，80℃酸析，然后冷却至室温，抽滤、水洗、干燥得到胺化改性分级木质素。
2.根据权利要求1所述的一种重金属离子吸附剂的制备方法，其特征在于：所述分级木质素为蔗渣分级木质素，亚铁化合物为氯化亚铁。
3.根据权利要求1所述的一种重金属离子吸附剂的制备及其吸附方法，其特征在于：所述胺化物为二乙烯三胺。
4.一种重金属离子吸附剂的吸附方法，其特征在于：分别称取Cu(NO3)2·3H2O、Pb(NO3)2、Cd(NO3)2·4H2O固体配制Cu2+、Pb2+、Cd2+单一重金属离子溶液，调节溶液pH，用量筒移取重金属溶液置于150mL锥形瓶中，加入胺化改性分级木质素，匀速搅拌待吸附完成，然后移取1ml溶液稀释10倍，过0.22μm滤膜，用电感耦合等离子体光谱仪进行重金属离子浓度测定，计算重金属离子的去除率及吸附量。
5.根据权利要求4所述的一种重金属离子吸附剂的吸附方法，其特征在于：所述单一重金属离子溶液的Cu2+、Pb2+、Cd2+三种重金属离子溶液浓度为50-400mg/L。
6.根据权利要求4所述的一种重金属离子吸附剂的吸附方法，其特征在于：所述单一重金属离子溶液的pH为2-6。
7.根据权利要求4所述的一种重金属离子吸附剂的吸附方法，其特征在于：所述单一重金属离子溶液的Cu2+、Pb2+、Cd2+三种重金属离子溶液体积为30-100mL。
8.根据权利要求4所述的一种重金属离子吸附剂的吸附方法，其特征在于：所述加入胺化改性分级木质素的量为0.05-0.5g。
9.根据权利要求4所述的一种重金属离子吸附剂的吸附方法，其特征在于：匀速搅拌待吸附时间为60min-120min。
10.根据权利要求4所述的一种重金属离子吸附剂的吸附方法，其特征在于：100mg/LCu2+或Pb2+的去除率为85％-95％，吸附量为42.5-47.5mg/g，100mg/L Cd2+去除率为50％-70％，吸附量为25-35mg/g。
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