申請(qǐng)日2015.07.24
公開(公告)日2015.11.11
IPC分類號(hào)C02F1/28; B01J20/30; C02F101/20; B01J20/22; B01J20/02
摘要
本發(fā)明公開了一種廢水吸附劑及其制備方法，該制備方法包括：(1)將鐵鹽、鈷鹽、有機(jī)絡(luò)合劑和有機(jī)溶劑進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)生成混合物M1;(2)將所述混合物M1在惰性氣體保護(hù)下熱處理制得混合物M2;(3)將所述混合物M2在空氣中加熱制得廢水吸附劑。通過(guò)該方法制備的廢水吸附劑對(duì)廢水中的重金屬離子有較大的去除率，且制備方法簡(jiǎn)單成本低廉。
權(quán)利要求書
1.一種廢水吸附劑的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：
(1)將鐵鹽、鈷鹽、有機(jī)絡(luò)合劑和有機(jī)溶劑進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)生成混合 物M1;
(2)將所述混合物M1在惰性氣體保護(hù)下熱處理制得混合物M2;
(3)將所述混合物M2在空氣中加熱制得廢水吸附劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中，所述鐵鹽選自氯化鐵、醋 酸鐵和硝酸鐵中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其中，所述鈷鹽選自氯化鈷、硝 酸鈷和醋酸鈷中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中，所述有機(jī)絡(luò)合劑選自對(duì)苯 二甲酸、均三苯甲酸和順丁烯二酸中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其中，所述有機(jī)溶劑選自N，N- 二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中，相對(duì)于100重量份的所述 鐵鹽，所述鈷鹽的用量為65-85重量份，所述有機(jī)絡(luò)合劑的用量為120-150 重量份，所述有機(jī)溶劑的用量為200-300重量份。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中，所述溶劑熱的反應(yīng)條件為： 反應(yīng)溫度為120-140℃，反應(yīng)時(shí)間為10-15h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中，所述惰性氣體選自氖氣和/ 或氬氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其中，步驟(2)中所述熱處理至 少滿足以下條件：熱處理溫度為400-500℃，熱處理時(shí)間為3-5h;
優(yōu)選地，步驟(3)中所述加熱的條件為：加熱溫度為300-360℃，加熱 時(shí)間為2-4h。
10.一種廢水吸附劑，其特征在于，所述廢水吸附劑是根據(jù)權(quán)利要求1-9 中任意一項(xiàng)所述方法制備而得。
說(shuō)明書
廢水吸附劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及廢水處理，具體地，涉及一種廢水吸附劑及其制備方法。
背景技術(shù)
隨著社會(huì)的發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)生的廢水大量的排放出來(lái)。這些工業(yè)廢水中含 有大量的重金屬離子，例如Cu2+，Cd2+,和Pb2+，這些重金屬離子如果進(jìn)入人 體，會(huì)沉積在人體內(nèi)部無(wú)法排出，最終會(huì)對(duì)人體造成巨大的損害。
目前，人們主要使用活性炭作為吸附劑吸附廢水中的重金屬離子，活性 炭的對(duì)重金屬離子最大吸附量很低，進(jìn)而使得活性炭用量大、成本高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種廢水吸附劑及其制備方法，通過(guò)該方法制備的 廢水吸附劑對(duì)廢水中的重金屬離子有較大的去除率，且制備方法簡(jiǎn)單成本低 廉。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種廢水吸附劑的制備方法，該制備 方法包括：
(1)將鐵鹽、鈷鹽、有機(jī)絡(luò)合劑和有機(jī)溶劑進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)生成混合 物M1;
(2)將所述混合物M1在惰性氣體保護(hù)下熱處理制得混合物M2;
(3)將所述混合物M2在空氣中加熱制得廢水吸附劑。
本發(fā)明還提供了一種廢水吸附劑，該廢水吸附劑是通過(guò)上述方法制備而 得。
通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的一種廢水吸附劑的制備方法，首先將 鐵鹽、鈷鹽和有機(jī)絡(luò)合劑在溶劑熱的條件下發(fā)生配合反應(yīng)，生成鐵的配合物 和鈷的配合物，然后在惰性氣體保護(hù)下煅燒，鐵的配合物和鈷的配合物經(jīng)過(guò) 熱分解以及單質(zhì)碳的還原生成鐵/碳復(fù)合物和鈷/碳復(fù)合物，再通過(guò)在空氣中 控制溫度煅燒形成鐵/氧化鐵復(fù)合物和鈷/氧化鈷復(fù)合物混合而得的廢水處理 劑，這種廢水處理劑因?yàn)樗煞志哂休^大的表面積并且雜質(zhì)含量低，因此 能夠吸附大量的的重金屬離子，使其具有優(yōu)異的吸附性能。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
以下對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描 述的具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
本發(fā)明提供了一種廢水吸附劑的制備方法，該制備方法包括：
(1)將鐵鹽、鈷鹽、有機(jī)絡(luò)合劑和有機(jī)溶劑進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)生成混合 物M1;
(2)將所述混合物M1在惰性氣體保護(hù)下熱處理制得混合物M2;
(3)將所述混合物M2在空氣中加熱制得廢水吸附劑。
在上述制備方法中，鐵鹽的具體種類可以在寬的范圍內(nèi)選擇，可以是氯 化鐵、醋酸鐵、硫酸鐵和硝酸鐵中的一種或多種，為了使制得的廢水吸附劑 具有更加優(yōu)異的吸附性能，優(yōu)選地，鐵鹽選自氯化鐵、醋酸鐵和硝酸鐵中的 一種或多種。
同樣地，鈷鹽的具體種類可以在寬的范圍內(nèi)選擇，可以是氯化鈷和醋酸 鐵，也可以是硫酸鈷和硝酸鈷，為了使制得的廢水吸附劑具有更加優(yōu)異的吸 附性能，優(yōu)選地，鈷鹽選自氯化鈷、硝酸鈷和醋酸鈷中的一種或多種。
當(dāng)然，有機(jī)絡(luò)合劑的種類可以在寬的范圍內(nèi)選擇，為了使配合反應(yīng)進(jìn)行 的更快，優(yōu)選地，有機(jī)絡(luò)合劑選自對(duì)苯二甲酸、均三苯甲酸和順丁烯二酸中 的一種或多種。
另外，有機(jī)溶劑的種類可以在寬的范圍內(nèi)選擇，只要能溶解反應(yīng)物即可， 為了使反應(yīng)物更快的溶解，優(yōu)選地，有機(jī)溶劑選自N，N-二甲基甲酰胺、N， N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一種或多種。
在上述制備方法中，各組分的用量均可以在寬的范圍內(nèi)選擇，為了使配 合反應(yīng)進(jìn)行的更快，優(yōu)選地，相對(duì)于100重量份的所述鐵鹽，所述鈷鹽的用 量為65-85重量份，所述有機(jī)絡(luò)合劑的用量為120-150重量份，所述有機(jī)溶 劑的用量為200-300重量份。
同樣地，溶劑熱反應(yīng)的溫度和時(shí)間均未作特別的限定，為了使配合物生 產(chǎn)的更快，優(yōu)選地，溶劑熱的反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度為120-140℃，反應(yīng)時(shí) 間為10-15h。
當(dāng)然，惰性氣體的種類也具有多樣性，為了防止金屬在熱處理過(guò)程中被 空氣中的氧氣氧化生成金屬氧化物，優(yōu)選地，惰性氣體選自氖氣和/或氬氣。
同時(shí)，步驟(2)中熱處理的溫度和時(shí)間均未作特別的限定，為了使熱 分解還原進(jìn)行的更快，優(yōu)選地，步驟(2)中熱處理至少滿足以下條件：熱 處理溫度為400-500℃，熱處理時(shí)間為3-5h。
同樣地，步驟(3)中加熱的溫度和時(shí)間也可以在寬的范圍內(nèi)選擇，為 了使制得的廢水吸附劑能吸附更多的重金屬離子，優(yōu)選地，步驟(3)中所 述加熱的條件為：加熱溫度為300-360℃，加熱時(shí)間為2-4h。
本發(fā)明還提供了一種廢水處理劑，該廢水處理劑是通過(guò)上述方法制備而 得。
以下將通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。以下實(shí)施例中，鐵鹽均購(gòu)自 天津海環(huán)化工有限公司，鈷鹽均為江蘇雄風(fēng)科技有限公司的市售品。吸附前 后廢水中重金屬離子的濃度是通過(guò)電感耦合等離子光譜發(fā)生儀(5300DV-ICP 瑞士鉑金埃爾默公司)檢測(cè)而得。
實(shí)施例1
(1)將100g氯化鐵、70g氯化鈷、130g對(duì)苯二甲酸和250gN，N-二甲 基甲酰胺混合并在125℃下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)12h生成混合物M1;
(2)將100g混合物M1在氬氣保護(hù)下420℃熱處理4h制得混合物M2;
(3)將100g混合物M2在空氣中350℃加熱3h制得廢水吸附劑A1。
實(shí)施例2
(1)將100g氯化鐵、65g氯化鈷、120g對(duì)苯二甲酸和200gN，N-二甲 基甲酰胺混合并在120℃下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)15h生成混合物M1;
(2)將100g混合物M1在氖氣保護(hù)下400℃熱處理5h制得混合物M2;
(3)將100g混合物M2在空氣中300℃加熱4h制得廢水吸附劑A2。
實(shí)施例3
(1)將100g氯化鐵、85g氯化鈷、150g對(duì)苯二甲酸和300gN，N-二甲 基甲酰胺混合并在150℃下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)10h生成混合物M1;
(2)將100g混合物M1在氖氣保護(hù)下500℃熱處理3h制得混合物M2;
(3)將100g混合物M2在空氣中360℃加熱2h制得廢水吸附劑A3。
對(duì)比例1
按照實(shí)施例1的方法進(jìn)行制得廢水吸附劑B1，不同的是，未進(jìn)行步驟 (2)的熱處理過(guò)程。
對(duì)比例2
按照實(shí)施例1的方法進(jìn)行制得廢水吸附劑B2，不同的是，未進(jìn)行步驟 (3)的加熱過(guò)程。
檢測(cè)例1
取200mL廢水至燒杯中，廢水中Cu2+、Cd2+、和Pb2+的初始濃度均為 為100mg/L，向廢水中加入廢水吸附劑，超聲分散5min后置于搖床震蕩12h 后，取上清液，用ICP測(cè)定上清液中Cu2+、Cd2+、和Pb2+的吸附后濃度，重 金屬離子的去除率w=(初始濃度-吸附后濃度)/初始濃度，檢測(cè)結(jié)果如表1 所示。
表1
w1 w2 w3 A1 82.6 79.2 92.5 A2 82.4 80.1 91.8 A3 82.8 78.8 91.9 B1 35.4 29.8 41.2 B2 36.5 30.1 43.3
上表中，w1為Cu2+的去除率，w2為Cd2+的去除率，w3為Pb2+的去除 率。
由表1可知，本發(fā)明提供的廢水吸附劑對(duì)廢水中的重金屬離子主要是 Cu2+、Cd2+、和Pb2+均有優(yōu)異的吸附性，相對(duì)于A1-A3，B1-B2中重金屬離 子的去除率明顯減小，說(shuō)明了步驟(2)和步驟(3)兩步熱處理之間發(fā)生協(xié) 同作用，使得制得的廢水吸附劑具有優(yōu)異的吸附性能。
以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方 式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn) 行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
另外需要說(shuō)明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特 征，在不矛盾的情況下，可以通過(guò)任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必 要的重復(fù)，本發(fā)明對(duì)各種可能的組合方式不再另行說(shuō)明。
此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其 不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。
