CN113578263A - 吸附材料制备方法及废水除磷工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吸附材料制备方法,包括如下步骤:(1)过渡金属离子溶液的配制:将过渡金属盐溶于去离子水中,然后超声得到过渡金属离子溶液备用;(2)载体材料分散液的配制:将载体材料溶于去离子水,然后超声分散得到载体材料分散液备用;(3)吸附材料的制备:将过渡金属离子溶液和载体材料溶液混合搅拌反应,然后离心、洗涤和干燥得到吸附材料。本发明还公开了一种废水除磷工艺。本发明中吸附材料具有良好的吸附性能,能够显著提高氧化石墨烯对水体中磷的去除效果。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域,涉及一种吸附材料制备方法及废水除磷工艺。
背景技术
磷是构成生物细胞不可或缺的元素,也是21世纪社会中用于工业生产等行业的一种重要原料,它被广泛应用在材料、化工、化肥等诸多领域。水环境中磷酸盐的来源可以主要分为以下两个方面,分别是自然来源和人为来源。根据相关统计,欧洲80%的湖泊水体富营养化都是因高浓度的磷引起。因此,水体中较高浓度的磷给生态环境带来了巨大的破坏。因此,控制水体富营养化问题是国内外水环境研究者的热点。
目前,水体中磷的去除方法较多,吸附法因操作简便、成本低廉而被广泛采用的一种除磷方法。磷的吸附材料众多,其中氧化石墨烯(GO)是石墨烯的一种氧化物,因其表面含氧基团丰富、比表面积大,稳定性强而被广泛应用于水体中重金属和有机物的去除,并且取得不错的成效。尽管氧化石墨烯对水体中磷具有一定的去除效果,但始终不尽人意。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题,提供一种除磷效果好的吸附材料制备方法。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种吸附材料制备方法,包括如下步骤:
(1)过渡金属离子溶液的配制:
将过渡金属盐溶于去离子水中,然后超声得到过渡金属离子溶液备用;
(2)载体材料分散液的配制:
将载体材料溶于去离子水,然后超声分散得到载体材料分散液备用;
(3)吸附材料的制备:
将过渡金属离子溶液和载体材料溶液混合搅拌反应,然后离心、洗涤和干燥得到吸附材料。
进一步:过渡金属盐中的过渡金属包括镧、铁、锆、铬、钴、镍、铜、锌或镉。
进一步:所述载体材料包括氧化石墨烯、壳聚糖、纤维素或碳材料。
进一步:步骤(3)中,混合液中过渡金属镧离子的浓度为20-400mg/L,氧化石墨烯的浓度为10-100mg/L。
另一方面,一种废水除磷工艺,将如上吸附材料加入到含磷废水中,进行磷的去除。
进一步:含磷废水的pH值为4-10。
另一方面,一种废水除磷工艺,先将载体材料加入到含有过渡金属离子的废水中进行处理,得到混合液,然后再将混合液通入到含磷的废水中,进行磷的去除;
其中,所述载体材料包括氧化石墨烯、壳聚糖、纤维素或碳材料,过渡金属离子中的过渡金属包括镧、铁、锆、铬、钴、镍、铜、锌或镉。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
1、本发明中氧化石墨烯具有极大的比表面积和大量的含氧基团,包括羟基、羰基、环氧和羧基等官能团,这些基团可以使氧化石墨烯很好地分散在水体中,然后很容易与镧形成络合物,并以镧为活性中心,对水体中磷进行吸附去除。此外,以氧化石墨烯为吸附剂,对含有过渡金属离子的废水进行处理,形成氧化石墨烯和过渡金属离子的络合物,然后将络合物用于对水体中磷进行去除,从而实现废水中过渡金属离子和磷的有效去除。
2、本发明提供的吸附材料不仅能吸附水中的磷,而且还能用于处理含有氯离子、碳酸氢根离子、硫酸根离子、硝酸根离子等阴离子的含磷的废水。
3、本发明的吸附材料工艺简单、操作简单、反应条件易控制,适用于工业污水,生活污水等环保技术领域。
附图说明
图1为氧化石墨烯的SEM图。
图2为实施例1镧负载氧化石墨烯吸附材料的SEM图。
图3为实施例3镧负载氧化石墨烯吸附材料去除磷后的SEM图。
具体实施方式
较佳实施例中,吸附材料制备方法包括如下步骤:(1)过渡金属离子溶液的配制:将过渡金属盐【过渡金属盐为硝酸盐、氯化盐和硫酸盐的一种或多种,当过渡金属为镧时,镧盐为硝酸盐、氯化盐和硫酸盐的一种或多种】溶于去离子水中,然后超声分散得到过渡金属离子溶液备用;(2)载体材料分散液的配制:将载体材料溶于去离子水,然后超声分散得到载体材料分散液备用;(3)吸附材料的制备:将过渡金属离子溶液和载体材料溶液混合搅拌反应(例如24h),然后离心、洗涤和干燥得到吸附材料。其中:过渡金属盐中的过渡金属包括镧、铁、锆、铬、钴、镍、铜、锌或镉(例如,当过渡金属采用镧时,过渡金属盐为镧盐)。其中:所述载体材料包括氧化石墨烯、壳聚糖、纤维素或碳材料。其中:步骤(3)中,混合液中过渡金属镧离子的浓度为20-400mg/L(具体数值可以是20mg/L,100mg/L,200mg/L,300mg/L或400mg/L),氧化石墨烯的浓度为10-100mg/L(具体数值可以是10mg/L,25mg/L,45mg/L,60mg/L,80mg/L,95mg/L或100mg/L)。
较佳实施例中,废水除磷工艺中将如上吸附材料加入到含磷废水中,进行磷的去除。其中:含磷废水的pH值为4-10(具体数值可以是4,6,8或10)。
较佳实施例中,废水除磷工艺中先将载体材料加入到含有过渡金属离子的废水中进行处理,得到混合液,然后再将混合液通入到含磷的废水中,进行磷的去除;其中,所述载体材料包括氧化石墨烯、壳聚糖、纤维素或碳材料,过渡金属离子中的过渡金属包括镧、铁、锆、铬、钴、镍、铜、锌或镉(例如,过渡金属为镧时,过渡金属离子即为镧离子)。
具体地,废水中含有阴离子(阴离子为氯离子、碳酸氢根离子、硫酸根离子、硝酸根离子中的一种或者多种)。吸附剂去除含有阴离子的含磷废水时,由于阴离子的强干扰性,使得对磷的吸附效果较差,然而本发明提供的方法不仅能够有效去除水体中的磷,而且能够有效抵御溶液中阴离子干扰,吸附材料具有良好的选择吸附性。
实施例1
本实施例涉及一种吸附材料的制备方法:称取一定质量的六水硝酸镧置于去离子水中溶解并超声分散,得到浓度为20mg/L的镧溶液;称取一定质量的氧化石墨烯置于去离子水中超声分散得到0.25g/L氧化石墨烯分散液。将两种溶液混合搅拌24h,然后离心、清洗、干燥,最后得到负载有金属镧的氧化石墨烯吸附剂材料,我们简称为GO-La20。
本实施例中GO-La20吸附材料的扫描电镜SEM如图1所示。利用SEM对GO-La20吸附材料进行表征分析,从照片中可以看出氧化石墨烯在加入镧离子负载后依然是片状结构,使得氧化石墨烯负载镧后仍然具有极大的比表面积。因此,它在分散在水溶液中使用时与污染物可以有非常大的接触面积,更保证了对污染物的吸附效果。
实施例2
本实施例涉及一种吸附材料的制备方法:称取一定质量的六水硝酸镧置于去离子水中溶解超声分散,得到浓度为100mg/L的镧溶液;称取一定质量的氧化石墨烯置于去离子水中超声分散得到0.25g/L的氧化石墨烯分散液。将两种溶液混合搅拌24h,然后离心、清洗、干燥,最后得到负载有金属镧的氧化石墨烯吸附剂材料,我们简称为GO-La100。
本实施例中镧负载氧化石墨烯复合吸附材料的扫描电镜SEM图与实施例1中制备的材料的SEM图相同,说明镧负载量的多少不会影响氧化石墨烯的形貌。
实施例3
本实施例涉及废水除磷工艺:称取一定质量的GO-La20置于烧杯中,加入去离子水,配制浓度为0.25g/L的GO-La20溶液,超声震荡30min,并调pH至6.5左右;分装至8支离心管,每只40mL,每支管加入40mL浓度为50mg/L的磷溶液,且磷溶液中分别含有Cl-、HCO3 -、SO4 2-和NO3 -(其中四支离心管中分别添加含有1mmol/L Cl-、HCO3 -、SO4 2-和NO3-的磷溶液,另外四支离心管中分别添加含有10mmol/L Cl-、HCO3 -、SO4 2-和NO3-的磷溶液),然后放入恒温振荡器中震荡12h;然后用0.22μm滤头进行过滤、稀释,加入抗坏血酸和钼酸盐溶液后静置20min进行完全显色,并测定溶液中磷浓度,计算磷吸附容量。数据参见表2。
表2不同阴离子条件下GO-La20对溶液中磷的吸附容量
实施例4
本实施例涉及废水除磷工艺:称取一定质量的氧化石墨烯和镧负载氧化石墨烯分别置于两个烧杯中,然后加入一定体积的去离子水超声分散,分别配制0.25g/L的GO和GO-La100溶液,调pH至6.5左右;将GO溶液和GO-La100分别分装到7支50ml离心管,每只40mL;同时,配制5000mg/L的P溶液,另外稀释成2000mg/L和1000mg/L的P溶液,取一定体积的P溶液分别加入到GO溶液和GO-La100溶液,使其浓度分别为5、10、15、30、50、80、100mg/L的磷溶液;然后放入培养振荡器中震荡12h,最后使用0.22μm滤头进行过滤、稀释,然后加入已配置好的抗坏血酸溶液和钼酸盐溶液进行显色反应,并测定各溶液磷浓度,并计算吸附容量,不同磷浓度下磷吸附容量参见表1。
表1 GO和GO-La100对不同浓度磷的吸附容量
以上所述仅为本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式,凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言,在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进,这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种吸附材料制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)过渡金属离子溶液的配制:
将过渡金属盐溶于去离子水中,然后超声分散得到过渡金属离子溶液备用;
(2)载体材料分散液的配制:
将载体材料溶于去离子水,然后超声分散得到载体材料分散液备用;
(3)吸附材料的制备:
将过渡金属离子溶液和载体材料溶液混合搅拌反应,然后离心、洗涤和干燥得到吸附材料。
2.根据权利要求1所述的吸附材料制备方法,其特征在于:过渡金属盐中的过渡金属包括镧、铁、锆、铬、钴、镍、铜、锌或镉。
3.根据权利要求1或2所述的吸附材料制备方法,其特征在于:所述载体材料包括氧化石墨烯、壳聚糖、纤维素或碳材料。
4.根据权利要求3所述的吸附材料制备方法,其特征在于:步骤(3)中,混合液中过渡金属镧离子的浓度为20-400mg/L,氧化石墨烯的浓度为10-100mg/L。
5.一种废水除磷工艺,其特征在于:将权利要求1-5中任一种吸附材料加入到含磷废水中,进行磷的去除。
6.根据权利要求5所述的废水除磷工艺,其特征在于:含磷废水的pH值为4-10。
7.一种废水除磷工艺,其特征在于:先将载体材料加入到含有过渡金属离子的废水中进行处理,得到混合液,然后再将混合液通入到含磷的废水中,进行磷的去除;
其中,所述载体材料包括氧化石墨烯、壳聚糖、纤维素或碳材料,过渡金属离子中的过渡金属包括镧、铁、锆、铬、钴、镍、铜、锌或镉。
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