CN112110598A - 巯基螯合纳米磁化改性活性炭分离去除污水中重金属方法及反应器 - Google Patents

巯基螯合纳米磁化改性活性炭分离去除污水中重金属方法及反应器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种巯基螯合纳米磁化改性活性炭分离去除污水中重金属方法及反应器，首先制备巯基改性纳米磁化颗粒活性炭，然后将含有重金属污水注入在反应器内，反应器内置搅拌器工作搅拌，然后加入巯基改性纳米磁化颗粒活性炭，继续搅拌反应，反应一段时常后通过磁体分离装置，实现磁化聚沉，将上清水排出，再将沉积污泥排出。本身请利用磁性纳米效应，纳米Fe3O4具有较大的团聚性能，将纳米Fe3O4在颗粒活性炭表面生成搭载，即可以破坏其团聚性能，同时由于巯基的搭载可于水中形成很好的分散状态；同时由于磁性作用，可以在磁场作用下产生定向迁移与凝聚，很好地与水分离，提高活性炭在重金属去除中的适应性。

Description

巯基螯合纳米磁化改性活性炭分离去除污水中重金属方法及 反应器
技术领域
本发明涉及重金属污水处理技术领域，具体而言，尤其涉及一种巯基螯合纳米磁化改性活性炭分离去除污水中重金属方法及反应器。
背景技术
工业生产的迅猛发展，重金属的使用及相应造成的排放量越来越多，重金属污染已经成为目前颇为关注的严重环境问题。目前的城市污水中普遍含有重金属离子。重金属离子通常对生物具有一定的毒性，因此会对常规的污水生物处理产生影响；同时，常规的污水处理工艺对重金属的去除效果有限，这些重金属离子经污水处理后大部分转移到剩余污泥中，对剩余污泥的资源化利用造成严重障碍。由于剩余污泥的成分复杂、且受污泥形态影响难于处理，污泥中重金属的处理效果不理想。因此，在考虑重金属减量时最有效的方法是对污水通过一定的预处理手段原位强化重金属的去除，以有效降低剩余污泥中的重金属含量，并减轻重金属对环境的影响。
吸附法是水体中污染物、包括重金属离子等去除的常用的便捷有效的方法，吸附除污染不仅快速高效、价格低廉、操作简单，且无二次污染、吸附剂可重复利用，在难处理污染物的处理中具有广阔的应用发展前景。
性能优异的吸附材料是吸附技术应用发展的关键。活性炭是传统的广泛应用的吸附材料，具有较高的比表面积和丰富的孔隙结构，对水体中的污染物质具有较强的吸附能力，但同时具有选择性弱的缺点。磁性氧化铁是目前一致公认的绿色环保性吸附剂，具有高效的吸附性，且同时具有良好的外磁场响应特性，利用磁分离技术可以很容易的将磁性吸附剂与污染体系很好的分离开来。其中，纳米磁性四氧化三铁作为一种新兴的吸附材料除了具有纳米粒子所有特性外，还具有较强的超顺磁性，固液分离快、重复利用率高。但纳米磁性四氧化三铁具有较高的团聚性，对其吸附应用产生一定的功能性影响。因此，选择利用传统活性炭及纳米磁性四氧化三铁，将二者进行功能耦合，开发一种具有较强的功能吸附性及较好的分离性的绿色磁化吸附材料，有效利用传统吸附材料及现代吸附材料的性能优势，提高材料的性能特点，解决重金属吸附剂发展的技术难题。另外，采用一种功能材料进行表面处理，提高活性炭的选择性，更大程度提高对重金属的分离去除效率。因此，开发一种巯基螯合纳米磁化改性颗粒活性炭污水重金属分离去除方法，解决重金属吸附处理的技术难点，实现污水中重金属的源头削减具有重大的研究意义。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种巯基螯合纳米磁化改性活性炭分离去除污水中重金属方法及反应器。
本发明采用的技术手段如下：
一种巯基螯合纳米磁化改性活性炭分离去除污水中重金属方法，包括以下步骤：
步骤一，制备巯基改性纳米磁化颗粒活性炭，首先将与Fe3O4质量比为1:1、1:2、1:3的颗粒活性炭等比例加入到一定量的FeCl2还原FeCl3混合液中，控制反应条件pH值为10-11、温度70-80℃，反应60min、室温陈化24h，生成纳米磁化颗粒活性炭；然后将生成的纳米磁性颗粒活性炭采用乙醇相酸催化法进行巯基改性；
步骤二，污水注入，含重金属污水由进水管直接注入间歇全混合吸附反应分离器；
步骤三、搅拌，开启间歇全混合吸附反应分离器内部的搅拌装置，形成搅拌混合吸附反应状态；
步骤四、加载步骤一制备的巯基改性纳米磁化颗粒活性炭；
步骤五、搅拌吸附反应，在间歇全混合吸附反应分离器中巯基螯合纳米磁化颗粒活性炭完成对污水中重金属的吸附作用，实现污水中重金属的原位减量去除；
步骤六、磁化分离，搅拌吸附反应结束后，加载磁体分离装置，改性颗粒活性炭磁化聚沉，完成吸附剂的磁化聚集；
步骤七、磁化分离后，开启排水管，将清水排出；
步骤八、打开间歇全混合吸附反应分离器底部的排泥管，排出聚沉的改性颗粒活性炭，完成一个处理循环。
一种应用巯基改性纳米磁化颗粒活性炭的间歇全混合吸附反应分离器，包括：吸附反应池、恒温搅拌装置和磁体分离器；
吸附反应池的一侧设有进水口，进水口与进水管连接，进水管直接接入待处理含重金属污水，吸附反应池的另一侧设有出水口，所述出水口与出水管连接，出水管连接自吸泵出水，吸附反应池的底部设有排泥口；
恒温搅拌装置的搅拌部伸入吸附反应池容纳腔内，磁体分离器设置在吸附反应池底部，巯基改性纳米磁化颗粒活性炭添加在吸附反应池的容纳腔内，添加巯基改性纳米磁化颗粒时机在污水注入以及恒温搅拌装置工作后。
采用上述技术方案的本发明具有以下优点：
(1)、本发明在常规的活性炭吸附剂的应用基础上对活性炭进行磁化改性处理并加载巯基进行表面修饰，提高活性炭的磁化性及选择分离性，实现高效的污水重金属原位分离去除，减轻后续污泥资源化的功能障碍，操作简单、适用方便。
(2)、本发明将磁性纳米Fe3O4与活性炭耦合关联一体，借助磁性纳米Fe3O4的纳米效应和磁效应，大幅改善活性炭的表面吸附性能及适用性，适合含重金属污水的处理。
(3)、本发明借助活性炭搭载纳米磁性Fe3O4，有效避免纳米磁性Fe3O4的聚集，充分利用纳米磁性Fe3O4的磁化沉积分离性能，利于吸附剂材料与水的分离及材料的回收与再生处理。
(4)、本发明采用巯基对磁化活性炭进行表面修饰，提高活性炭对重金属的选择吸附性，进一步提高了重金属的分离去除效能。
(5)、本发明工艺先进、运行稳定、操作简单，设备易于管理，具有较强的实用性、经济性。
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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的结构示意图。
图中：1、吸附反应池；2、巯基改性纳米磁化颗粒活性炭；3、恒温搅拌装置；4、磁体分离器；5、进水口；6、出水口；7、自吸泵；8、排泥口。。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明提供了一种巯基螯合纳米磁化改性活性炭分离去除污水中重金属方法，包括以下步骤：
步骤一，制备巯基改性纳米磁化颗粒活性炭，首先将与Fe3O4质量比为1:1、1:2、1:3的颗粒活性炭等比例加入到一定量的FeCl2还原FeCl3混合液中，控制反应条件pH值为10-11、温度70-80℃，反应60min、室温陈化24h，生成纳米磁化颗粒活性炭；然后将生成的纳米磁性颗粒活性炭采用乙醇相酸催化法进行巯基改性；
步骤二，污水注入，含重金属污水由进水管直接注入间歇全混合吸附反应分离器；
步骤三、搅拌，开启间歇全混合吸附反应分离器内部的搅拌装置，形成搅拌混合吸附反应状态；
步骤四、加载步骤一制备的巯基改性纳米磁化颗粒活性炭；
步骤五、搅拌吸附反应，在间歇全混合吸附反应分离器中巯基螯合纳米磁化颗粒活性炭完成对污水中重金属的吸附作用，实现污水中重金属的原位减量去除；
步骤六、磁化分离，搅拌吸附反应结束后，加载磁体分离装置，改性颗粒活性炭磁化聚沉，完成吸附剂的磁化聚集；
步骤七、磁化分离后，开启排水管，将清水排出；
步骤八、打开间歇全混合吸附反应分离器底部的排泥管，排出聚沉的改性颗粒活性炭，完成一个处理循环。
如图1所示，一种应用巯基改性纳米磁化颗粒活性炭的间歇全混合吸附反应分离器，包括：吸附反应池1、恒温搅拌装置3和磁体分离器4；
吸附反应池1的一侧设有进水口5，进水口5与进水管连接，进水管直接接入待处理含重金属污水，吸附反应池1的另一侧设有出水口6，所述出水口6与出水管连接，出水管连接自吸泵7出水，吸附反应池1的底部设有排泥口8；
恒温搅拌装置3的搅拌部伸入吸附反应池1容纳腔内，磁体分离器4设置在吸附反应池1底部，巯基改性纳米磁化颗粒活性炭添加在吸附反应池1的容纳腔内，添加巯基改性纳米磁化颗粒时机在污水注入以及恒温搅拌装置3工作后。
系统中加载的活性炭通过巯基螯合作用和磁化改性作用强化对重金属的选择性吸附，提高了污水中重金属的原位分离去除效能；同时加载的纳米磁性Fe3O4在磁体分离设施条件下促进了活性炭的分离，有利于吸附剂的回收。本实施系统对污水中重金属的去除率可高达99％以上。
本发明所述的各装置的尺寸、流量等参数根据待处理水的规模等条件确定。本系统采用间歇操作，适应性强。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.巯基螯合纳米磁化改性活性炭分离去除污水中重金属方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，制备巯基改性纳米磁化颗粒活性炭，首先将与Fe3O4质量比为1:1、1:2、1:3的颗粒活性炭等比例加入到一定量的FeCl2还原FeCl3混合液中，控制反应条件pH值为10-11、温度70-80℃，反应60min、室温陈化24h，生成纳米磁化颗粒活性炭；然后将生成的纳米磁性颗粒活性炭采用乙醇相酸催化法进行巯基改性；
步骤二，污水注入，含重金属污水由进水管直接注入间歇全混合吸附反应分离器；
步骤三、搅拌，开启间歇全混合吸附反应分离器内部的搅拌装置，形成搅拌混合吸附反应状态；
步骤四、加载步骤一制备的巯基改性纳米磁化颗粒活性炭；
步骤五、搅拌吸附反应，在间歇全混合吸附反应分离器中巯基螯合纳米磁化颗粒活性炭完成对污水中重金属的吸附作用；
步骤六、磁化分离，搅拌吸附反应结束后，加载磁体分离装置，改性颗粒活性炭磁化聚沉；
步骤七、磁化分离后，开启排水管，将清水排出；
步骤八、打开间歇全混合吸附反应分离器底部的排泥管，排出聚沉的改性颗粒活性炭，完成一个处理循环。
2.一种应用巯基改性纳米磁化颗粒活性炭的间歇全混合吸附反应分离器，其特征在于，包括：吸附反应池(1)、恒温搅拌装置(3)和磁体分离器(4)；
吸附反应池(1)的一侧设有进水口(5)，进水口(5)与进水管连接，进水管直接接入待处理含重金属污水，吸附反应池(1)的另一侧设有出水口(6)，所述出水口(6)与出水管连接，出水管连接自吸泵(7)出水，吸附反应池(1)的底部设有排泥口(8)；
恒温搅拌装置(3)的搅拌部伸入吸附反应池(1)容纳腔内，磁体分离器(4)设置在吸附反应池(1)底部，巯基改性纳米磁化颗粒活性炭添加在吸附反应池(1)的容纳腔内，添加巯基改性纳米磁化颗粒时机在污水注入以及恒温搅拌装置(3)工作后。
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