CN112174248A - 一种粉煤灰基沸石吸附含重金属镍电镀废水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种粉煤灰基沸石吸附含重金属镍电镀废水的方法，包括粉煤灰基沸石的合成、调节含镍废水的pH值、粉煤灰基沸石的吸附和吸附效果判断的含镍电镀废水处理工序，其中，所用的粉煤灰基沸石通过研磨粉煤灰、粉煤灰与一定浓度碱液混合和放入反应釜水热反应制得。本发明方法以粉煤灰为原料制备沸石产品用于吸附含镍电镀废水是一种“以废治废”的可持续发展方法，兼具工艺简单，原料易得和废水处理效果好等优点，未来具有广阔的市场空间。

Description

一种粉煤灰基沸石吸附含重金属镍电镀废水的方法
技术领域
本发明涉及一种粉煤灰基沸石吸附含重金属镍电镀废水的方法，属于工业废水处理技术领域。
背景技术
电镀过程会产生大量的工业废水，而且电镀废水的成分极其复杂，其中危害性最大的就是镍等重金属成分。镍是众多致癌重金属中的一种，而且价格较高。在电镀生产过程中，由于电镀镍具有更强的耐磨性、抗腐蚀性、可焊性等性能，所以被广泛的应用，目前电镀镍的加工量仅次于镀锌，居整个电镀行业的第二位。在镀镍过程中产生的大量含镍电镀废水如果不能有效处理而任意排放，会对生态环境和人体健康带来极大危害，同时造成金属资源的浪费。
含重金属镍电镀废水主要来源是镀镍生产过程中渡件漂洗液，虽然在渡槽废液中也都一定量的含镍电镀废水，但是这部分的量相比于渡件漂洗液要少得多，渡件漂洗液占电镀车间废水总排放量的八成以上。渡件漂洗消耗的水量很大，但镍离子的浓度并不高。根据《电镀污染物排放标准》(GB21900-2008)表2，允许直接排入水体的电镀废水中镍的质量浓度不得高于0.5mg/L。
处理含重金属镍电镀废水的方法，按照不同的原理可分为三类：化学法、生物处理法和物理化学法。应用化学法处理含重金属镍电镀废水又分为化学沉淀法、铁氧体法和高分子螯合沉淀法，化学法中的化学沉淀法又可分为氢氧化物沉淀法以及硫化物沉淀法。处理含重金属镍电镀废水常用的物理化学法中包含：吸附法、离子交换法、膜分离法、离子浮选法等。物理化学法处理含镍电镀废水时成本较高，同时存在一些技术因素影响了该方法的工业应用。
利用化学法处理含镍电镀废水过程中会产生大量污泥，造成二次污染，实际应用中，废水处理效果并不理想。目前国内外关于生物法处理含镍电镀废水的研究多处于实验室阶段，对生物吸附剂和镍之间的反应动力学及热力学认识还有待进一步提高，同时对生物吸附机理的认识还不充分，所以生物处理法要形成工业规模的应用还有一些距离。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种粉煤灰基沸石吸附含重金属镍电镀废水的方法，该方法通过粉煤灰基沸石处理含镍电镀废水中的镍离子，以降低废水中的重金属离子含量，处理废水所用成本低且处理效果好，能够达到废水循环利用或直接排放的效果。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种粉煤灰基沸石吸附含重金属镍电镀废水的方法，其包括如下步骤：
(1)粉煤灰基沸石的合成：将粉煤灰与碱液混合，通过水热合成法合成粉煤灰基沸石；
(2)调节含Ni2+电镀废水的pH值：向电镀废水中加入酸根离子，调节电镀废水的pH值为3～4；
(3)粉煤灰基沸石的吸附：将步骤(2)所得的含Ni2+电镀废水与到装有步骤(1)所制备的粉煤灰基沸石混合，不断搅拌使废水与粉煤灰基沸石充分接触，进行吸附反应；
(4)吸附效果判断：将经过步骤(3)吸附结束后的粉煤灰基沸石，置于清水中搅拌过夜后过滤，检测滤液中Ni2+含量是否几乎为零，以判断吸附机理是否为离子交换方式；检测电镀废水中Ni2+浓度是否低于0.5mg/L，以判断废水是否达到排放要求。
如果电镀废水中Ni2+浓度高于0.5mg/L，需要重新添加粉煤灰基沸石进行继续吸附，直至电镀废水中Ni2+浓度低于0.5mg/L后，再排放废水。如果检测滤液中Ni2+含量是不为零，说明粉煤灰基沸石失效，需要更换粉煤灰基沸石或重新制备后才能用于含重金属镍电镀废水的处理。
需要说明的是步骤(1)和步骤(2)的前后顺序可调换。
如上所述的方法，优选地，在步骤(1)中，所述水热合成法包括：
(a)粉煤灰预处理：将粉煤灰经机械研磨，过180～200目的筛，备用；
(b)灰碱混合：将步骤(a)预处理后的粉煤灰与调配好的的碱液混合，老化7～9h；
(c)水热合成：将步骤(b)所得的固液混合物放入反应釜中晶化，洗涤过滤后再干燥，即得到粉煤灰基沸石。
如上所述的方法，优选地，在步骤(b)中，所述碱液为NaOH溶液，其浓度为2.00～2.20mol/L，碱液与粉煤灰按单位比g/mL为1∶15的比例添加。
如上所述的方法，优选地，在步骤(b)中，老化过程中混合物需不断搅拌，搅拌速率为300rpm。
如上所述的方法，优选地，在步骤(c)中，所述晶化的温度为110℃，晶化时间为20～28h，晶化完成后，用蒸馏水洗涤并过滤，直至滤液pH值呈中性，将沸石置于105℃的环境中干燥1h，得到粉煤灰基沸石。
如上所述的方法，优选地，在步骤(2)中，所述酸根离子采用盐酸或硫酸。
如上所述的方法，优选地，在步骤(3)中，所述电镀废水与粉煤灰基沸石的添加比例按照单位比mL/g为200∶1的比例进行，搅拌速率为240～300rpm。
如上所述的方法，优选地，在步骤(3)中，所述吸附反应的时间为1～2h。
本发明方法的工作原理是：
(1)将粉煤灰作为合成沸石的原料，有效地利用了燃煤电厂的固体废弃物，可以减少因粉煤灰的大量堆放而导致的土地资源浪费，同时又达到“以废治废”的目的，是一种“变废为宝”的生态治理理念，符合我国可持续发展的基本国策。
(2)调节含镍电镀废水的pH值，使废水呈酸性，可以提高粉煤灰基沸石对废水中镍离子的吸附能力，从而达到更好的吸附效果。
(3)不断的搅拌可以提高老化的效率，使粉煤灰中的有效物质(Si和Al)充分溶解，为后续的晶化过程打下良好基础。
(4)在粉煤灰基沸石与镍离子进行吸附反应时，通过不断的搅拌可以使废水与粉煤灰基沸石吸附剂更好的接触，吸附反应进行1～2h左右，吸附达到饱和。
(5)将吸附饱和的粉煤灰基沸石浸泡于清水中24h后，过滤后检测滤液中的镍离子含量，含量几乎为零，可以排除粉煤灰基沸石对镍离子的物理吸附可能，即吸附主要以离子交换形式进行。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明提供的粉煤灰基沸石吸附含重金属镍电镀废水的方法，以粉煤灰为原料制备沸石产品用于吸附含镍电镀废水是一种“以废治废”的可持续发展的方法，其合成及吸附成本低，粉煤灰基沸石由粉煤灰制备而成，而粉煤灰是极其廉价的燃煤电厂废物，粉煤灰基沸石对含镍电镀废水的处理效果较好，吸附反应迅速，且吸附率很高，吸附反应后的废水可以循环利用或达到排放的标准。
本发明的方法使用极其廉价的燃煤电厂废物粉煤灰，合成粉煤灰基沸石，其对含镍电镀废水的处理效果较好，不用花费巨大建造专门的废水处理设备，并且操作简单，省时省力。以粉煤灰为原料制备沸石产品用于吸附含镍电镀废水是一种“以废治废”的可持续发展理念。这是粉煤灰的这一全新的利用方式，使其变废为宝，降低了对环境的污染，符合当前社会可持续发展的趋势，更具有重要的环境效益、经济价值和社会意义。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明中为了提高废水处理效果，因此选择了沸石作为吸附材料。为了节约成本，因此选择了市面上廉价的电厂粉煤灰作为合成离子交换型沸石的原料。利用盐酸或者硫酸调节废水的pH值，以提供给粉煤灰基沸石一个更好的吸附环境。沸石对于电镀废水中Ni2+的吸附主要是以离子交换的方式为主，并伴随着少量的物理吸附。
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
本发明的工艺流程示意图如图1所示，主要包括粉煤灰基沸石的合成、调节含镍废水的pH值、粉煤灰基沸石的吸附和吸附效果判断的含镍电镀废水处理工序，每个步骤的具体实施方法为：
(1)粉煤灰基沸石的合成：将粉煤灰与碱液混合利用水热合成法合成粉煤灰基沸石，具体采用如下步骤：
(a)粉煤灰预处理：将粉煤灰经过机械研磨，破坏物理结构，减小颗粒直径，使其过200目筛，筛下的粉煤灰用于后续处理；
(b)灰碱混合：将步骤(a)预处理后的粉煤灰与调配好的质量浓度为2.00mol/L的碱液即NaOH溶液按1∶15(g/mL)的比例混合，在搅拌速率为300rpm，不断搅拌老化7h；
(c)水热合成：将步骤(b)所得的固液混合物放入温度为110℃反应釜中晶化20h。晶化完成后，用蒸馏水洗涤并过滤，直至滤液pH值呈中性，将滤渣置于105℃的环境中干燥1h，即得到粉煤灰基沸石。
(2)调节含Ni2+电镀废水的pH值：向废水中加入浓度为30％的盐酸，调节废水的pH值为4，测得Ni2+浓度为183ppm；(3)粉煤灰基沸石的吸附：将步骤(2)所得的含Ni2+废水输送到装有步骤(1)所制备的粉煤灰基沸石的反应池中，电镀废水与粉煤灰基沸石的添加比例为200∶1(mL/g)，不断搅拌，搅拌速率为300rpm，使废水与粉煤灰基沸石充分接触，吸附反应时长为1h；
(4)吸附效果判断：将经过步骤(3)吸附结束后的粉煤灰基沸石，置于清水中搅拌过夜后过滤，滤液中未检测出Ni2+，说明吸附方式为离子交换式。经检测电镀废水中Ni2+浓度为0.4mg/L，确定废水达到排放标准经计算其吸附量为36.52mg/g，吸附率为99.78％，说明制备的粉煤灰基沸石吸附效率高。其中，吸附量计算公式为：(Ni2+初始量-Ni2+最终量)/粉煤灰基沸石投放量；吸附率计算公式为：(Ni2+初始量-Ni2+最终量)/Ni2+初始量。
实施例2
(1)粉煤灰基沸石的合成：将粉煤灰与碱液混合利用水热合成法合成粉煤灰基沸石，具体采用如下步骤：
(a)粉煤灰预处理：将粉煤灰经过机械研磨，破坏物理结构，减小颗粒直径，使其过180目筛，获得预处理后的粉煤灰；
(b)灰碱混合：将步骤(a)预处理后的粉煤灰与调配好的质量浓度为2.20mol/L的碱液即NaOH溶液按1∶15(g/mL)的比例混合，老化9h；
(c)水热合成：将步骤(b)所得的固液混合物放入温度为110℃反应釜中晶化24h，晶化完成后，用蒸馏水洗涤并过滤，直至滤液pH值呈中性；将滤渣置于105℃的环境中干燥1h，即得到粉煤灰基沸石。
(2)调节含Ni2+电镀废水的pH值：向废水中加入浓度为30％的盐酸，调节废水的pH值为3，测得Ni2+浓度为200ppm；
(3)粉煤灰基沸石的吸附：将步骤(2)所得的含Ni2+废水输送到装有步骤(1)所制备的粉煤灰基沸石的反应池中，电镀废水与粉煤灰基沸石的添加比例为200∶1(mL/g)，不断搅拌，搅拌速率为250rpm，使废水与粉煤灰基沸石充分接触，吸附反应时长为2h；
(4)吸附效果判断：将经过步骤(3)吸附结束后的粉煤灰基沸石，置于清水中搅拌过夜后过滤，滤液中未检测出Ni2+，说明吸附方式为离子交换式。经检测电镀废水中Ni2+浓度为0.25mg/L，确定废水达到排放标准。经计算其吸附量为39.95mg/g，吸附率为99.87％。
实施例2的效果比实施例1好的原因是：实施例2中经过研磨的粉煤灰粒径较实施例1中的小，更有助于粉煤灰中硅铝元素的溶解；实施例2中的碱溶液浓度相对更好，对粉煤灰中硅铝元素溶解起到更好的促进作用；实施例2相较实施例1老化时间更长，硅铝元素溶解的更充分；实施例2中废水pH值比实施例1中低，提供给粉煤灰基沸石的吸附环境更好。
对比例1
(1)调节含Ni2+电镀废水的pH值：向废水中加入浓度为30％的盐酸，调节废水的pH值为3，测得Ni2+浓度为183ppm；
(2)粉煤灰基沸石的吸附：将步骤(2)所得的含Ni2+废水输送到装有宁波嘉和新材料科技有限公司生产的商业4A沸石粉的反应池中，电镀废水与粉煤灰基沸石的添加比例为200∶1(mL/g)，不断搅拌，使废水与粉煤灰基沸石充分接触，吸附反应时长为2h；
(3)吸附效果判断：经检测商业4A沸石的吸附量为27.6mg/g，吸附率为75.41％。
由上说明本发明方法制备的粉煤灰基沸石吸附镍离子的能力强，效果较佳。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。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 (8)

1.一种粉煤灰基沸石吸附含重金属镍电镀废水的方法，其特征在于，其包括如下步骤：
(1)粉煤灰基沸石的合成：将粉煤灰与碱液混合，通过水热合成法合成粉煤灰基沸石；
(2)调节含Ni2+电镀废水的pH值：向电镀废水中加入酸根离子，调节电镀废水的pH值为3～4；
(3)粉煤灰基沸石的吸附：将步骤(2)所得的含Ni2+电镀废水与到装有步骤(1)所制备的粉煤灰基沸石混合，不断搅拌使废水与粉煤灰基沸石充分接触，进行吸附反应；
(4)吸附效果判断：将经过步骤(3)吸附结束后的粉煤灰基沸石，置于清水中搅拌过夜后过滤，检测滤液中Ni2+含量是否几乎为零，以判断吸附机理是否为离子交换方式；检测电镀废水中Ni2+浓度是否低于0.5mg/L，以判断废水是否达到排放要求。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述水热合成法包括：
(a)粉煤灰预处理：将粉煤灰经机械研磨，过180～200目的筛，备用；
(b)灰碱混合：将步骤(a)预处理后的粉煤灰与调配好的的碱液混合，老化7～9h；
(c)水热合成：将步骤(b)所得的固液混合物放入反应釜中晶化，洗涤过滤后再干燥，即得到粉煤灰基沸石。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述碱液为NaOH溶液，其浓度为2.00～2.20mol/L，碱液与粉煤灰按单位比g/mL为1∶15的比例添加。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，老化过程中混合物需不断搅拌，搅拌速率为300rpm。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述晶化的温度为110℃，晶化时间为20～28h，晶化完成后，用蒸馏水洗涤并过滤，直至滤液pH值呈中性，将滤渣置于105℃的环境中干燥1h，得到粉煤灰基沸石。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述酸根离子采用盐酸或硫酸。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述电镀废水与粉煤灰基沸石的添加比例按照单位是mL/g为200∶1进行，搅拌速率为240～300rpm。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述吸附反应的时间为1～2h。
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