申請日2016.05.18

　　公開(公告)日2016.09.21

　　IPC分類號C02F1/28; C02F1/48; B01J20/04; B01J20/06; B01J20/28; B01J20/30; C02F101/20

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種利用磁性納米氯磷灰石吸附劑去除廢水中重金屬的方法，包括：將磁性納米氯磷灰石吸附劑添加到廢水中，恒溫振蕩，然后將磁性納米氯磷灰石吸附劑從上述溶液中磁性分離，實現(xiàn)廢水中重金屬離子的去除;磁性納米氯磷灰石吸附劑包括納米氯磷灰石與磁性粉末Fe2O3，磁性粉末Fe2O3與納米氯磷灰石的摩爾比為1～11∶1。本發(fā)明的方法操作簡單、重金屬去除率高、成本低廉且清潔無污染，對環(huán)境無毒害作用。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種利用磁性納米氯磷灰石吸附劑去除廢水中重金屬的方法，其特征在于，包括以下步驟：

　　將磁性納米氯磷灰石吸附劑添加到廢水中，恒溫振蕩，然后將所述磁性納米氯磷灰石吸附劑從廢水中磁性分離，實現(xiàn)廢水中重金屬離子的去除;所述磁性納米氯磷灰石吸附劑包括納米氯磷灰石與磁性粉末Fe2O3，所述磁性粉末Fe2O3與納米氯磷灰石的摩爾比為1～11∶1。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁性納米氯磷灰石吸附劑的顆粒粒徑為10nm～15nm。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁性納米氯磷灰石吸附劑的用量為0.05g/L～1.5g/L。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述廢水中重金屬為鉛、鎘、鋅中的一種或幾種，所述鉛離子的濃度為1mM～3mM，所述鎘離子的濃度為1mM～3mM，所述鋅離子的濃度為1mM～3mM，所述廢水的pH值為4～10。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述恒溫振蕩的條件為：振蕩速度為100r/min～120r/min，溫度為25℃～26℃。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任一項所述的方法，其特征在于，所述磁性納米氯磷灰石吸附劑的制備方法，包括以下步驟：

　　(1)在惰性氣體的氛圍中，將FeCl2·4H2O和FeCl3·6H2O溶解于去氧水中，加入氨水得到混合液;

　　(2)向所述步驟(1)得到的混合溶液中同時滴入CaCl2溶液和Na3PO4溶液，得到膠體;

　　(3)將所述步驟(2)得到的膠體加熱，使所述膠體受熱分解，然后老化得到沉淀物;

　　(4)將所述步驟(3)得到的沉淀物用磁鐵分離，得到磁性納米氯磷灰石吸附劑。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中FeCl2·4H2O和FeCl3·6H2O的摩爾比為1∶2，氨水溶液的濃度為25%～30%。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，將FeCl2·4H2O和FeCl3·6H2O溶解于去氧水中，超聲降解5min～10min，然后加入氨水得到混合液。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中CaCl2溶液的濃度為26.8mM～268mM，Na3PO4溶液的濃度為16.0mM～160.0mM。

　　10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)中膠體的加熱的溫度為90℃～105℃，加熱時間為2h～4h;所述老化的時間為12h～24h。

　　說明書

　　利用磁性納米氯磷灰石吸附劑去除廢水中重金屬的方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于廢水中重金屬的處理領(lǐng)域，具體涉及一種利用磁性納米氯磷灰石吸附劑去除廢水中重金屬的方法。

　　背景技術(shù)

　　隨著經(jīng)濟全球化的加快和工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，重金屬排放造成的環(huán)境污染問題逐漸凸顯。有毒重金屬離子隨排放的廢水流入江、河，深入地下水，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。如何解決重金屬污染問題已經(jīng)成為世界各國的重要研究課題。

　　目前，磁分離技術(shù)作為一門新興技術(shù)在水處理領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注，磁分離技術(shù)是借助磁場力的作用對磁性不同的物質(zhì)進(jìn)行分離的一種物理方法。國內(nèi)外很多學(xué)者將磁性分離技術(shù)與無機材料相結(jié)合應(yīng)用到重金屬廢水的處理中，一方面能夠通過無機材料將廢水中的重金屬離子進(jìn)行吸附和去除，另一方面又能利用磁性分離技術(shù)將材料從廢水中分離出來，實現(xiàn)材料的分離。然而傳統(tǒng)的無機材料由于其比表面積不大，吸附容量比較低，吸附能力較差，其性能和效果有待進(jìn)一步改進(jìn)和提升。

　　納米材料具有極大的比表面積，所以由無機物形成的納米材料已經(jīng)成為廣泛使用的吸附劑之一。但以粉末固體狀存在的納米材料在實際應(yīng)用中存在著固液分離困難、沉降速率低等缺陷;并且一旦隨廢水排入環(huán)境中，則易引起水體富營養(yǎng)化。這些問題使納米材料的應(yīng)用受到一定的限制。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種操作簡單、重金屬去除率高、成本低廉且清潔無污染，對環(huán)境無毒害作用的利用磁性納米氯磷灰石吸附劑去除廢水中重金屬的方法。

　　為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

　　將磁性納米氯磷灰石吸附劑添加到廢水中，恒溫振蕩，然后將所述磁性納米氯磷灰石吸附劑從廢水中磁性分離，實現(xiàn)廢水中重金屬離子的去除;所述磁性納米氯磷灰石吸附劑包括納米氯磷灰石與磁性粉末Fe2O3，所述磁性粉末Fe2O3與納米氯磷灰石的摩爾比為1～11∶1。所述納米氯磷灰石的分子式為Ca5(PO4)3Cl。

　　上述的方法中，優(yōu)選的，所述磁性納米氯磷灰石吸附劑的顆粒粒徑為10nm～15nm。

　　上述的方法中，優(yōu)選的，所述磁性納米氯磷灰石吸附劑的用量為0.05g/L～1.5g/L。

　　上述的方法中，優(yōu)選的，所述廢水中重金屬為鉛、鎘、鋅中的一種或幾種，所述鉛離子的濃度為1mM～3mM，所述鎘離子的濃度為1mM～3mM，所述鋅離子的濃度為1mM～3mM，所述廢水的pH值為4～10。進(jìn)一步地，所述重金屬離子的濃度為2mM。

　　上述的方法中，優(yōu)選的，所述恒溫振蕩的條件為：振蕩速度為100r/min～120r/min，溫度為25℃～26℃。

　　上述的方法中，優(yōu)選的，所述磁性納米氯磷灰石吸附劑的制備方法，包括以下步驟：

　　(1)在惰性氣體的氛圍中，將FeCl2·4H2O和FeCl3·6H2O溶解于去氧水中，加入氨水得到混合液;

　　(2)向所述步驟(1)得到的混合溶液中同時滴入CaCl2溶液和Na3PO4溶液，得到膠體;

　　(3)將所述步驟(2)得到的膠體加熱，然后老化得到沉淀物;

　　(4)將所述步驟(3)得到的沉淀物用磁鐵分離，得到磁性納米氯磷灰石吸附劑。

　　上述的方法中，優(yōu)選的，所述步驟(1)中FeCl2·4H2O和FeCl3·6H2O的摩爾比為1∶2，氨水溶液的濃度為25%～30%(本發(fā)明中氨水的濃度為質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

　　上述的方法中，優(yōu)選的，所述步驟(1)中，將FeCl2·4H2O和FeCl3·6H2O溶解于去氧水中，超聲降解5min～10min，然后加入氨水得到混合液。

　　上述的方法中，優(yōu)選的，所述步驟(2)中CaCl2溶液的濃度為26.8mM～268mM，Na3PO4溶液的濃度為16.0mM～160.0mM。進(jìn)一步優(yōu)選的，加入的CaCl2與Na3PO4的摩爾比為1.675∶1。

　　上述的方法中，優(yōu)選的，所述步驟(3)中膠體的加熱的溫度為90℃～105℃，加熱時間為2h～4h;所述老化的時間為12h～24h。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

　　1、本發(fā)明利用磁性納米氯磷灰石吸附劑去除廢水中重金屬的方法，操作簡便，處理效率高且清潔無污染，相比于其他的傳統(tǒng)工藝，耗時短，見效快，在重金屬廢水處理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

　　2、本發(fā)明采用的磁性納米氯磷灰石吸附劑，由納米氯磷灰石與磁性粉末Fe2O3組成，磁性粉末Fe2O3和納米氯磷灰石粒子均勻相間分布，是一種將磁性分離技術(shù)與吸附過程相結(jié)合的新型吸附劑，當(dāng)采用磁性納米氯磷灰石吸附劑去除重金屬時，納米氯磷灰石本身就能夠與很多重金屬如Pb、Zn、Cd和Cu等通過離子交換作用或是溶解-沉淀作用產(chǎn)生難溶的磷酸鹽-重金屬物質(zhì)，使這些重金屬以礦物或沉淀的形式穩(wěn)定的存在于環(huán)境中，比如納米氯磷灰石與Pb反應(yīng)形成的Pb10(PO4)6Cl2溶度積為10-84.4，反應(yīng)見下面公式(1)、(2)、(3);而羥基磷灰石與Pb形成的物質(zhì)為Pb10(PO4)6(OH)2，其溶度積為10-76.8，它在環(huán)境中的穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Pb10(PO4)6Cl2，因此納米氯磷灰石所具有的潛在的對重金屬的去除作用更加顯著。

　　3、本發(fā)明采用的磁性納米氯磷灰石吸附劑，具有比表面積大、表面活性高、易與其它粒子相結(jié)合的優(yōu)點;同時由于合成的納米粒子具有磁性，從而能夠?qū)崿F(xiàn)吸附劑與廢水的有效分離，克服了納米氯磷灰石無法從溶液中回收的缺陷，從而降低了水體富營養(yǎng)化的風(fēng)險，避免了對水環(huán)境的二次污染。

　　4、本發(fā)明采用的磁性納米氯磷灰石吸附劑，不僅對單一的重金屬具有較強的吸附作用，它對Pb2+、Cd2+、Zn2+三種重金屬離子均有很好的吸附效果，去除效率穩(wěn)定在88.3%以上，高達(dá)99.8%，要明顯優(yōu)于現(xiàn)有的一些吸附劑，為將來廢水中重金屬污染的治理提供了新的途徑。

　　5、本發(fā)明的磁性納米氯磷灰石吸附劑的制備方法，操作簡單，成本低廉，易于大規(guī)模生產(chǎn)和使用。