申請(qǐng)日2014.11.05
公開(kāi)(公告)日2015.01.28
IPC分類(lèi)號(hào)B01J20/20; C02F1/62; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本發(fā)明屬于工業(yè)廢水控制領(lǐng)域一種用于廢水脫鉛的鎳改性活性炭吸附劑的制備方法，技術(shù)方案：步驟：將商品化顆粒狀活性炭浸泡，干燥，粉碎后過(guò)100～300目篩備用;配制濃度為5～8mol/L的硝酸溶液，混勻靜置澄清;將活性炭浸漬到硝酸溶液中，得活化的活性炭。將活化的活性炭投入鎳離子溶液中，鎳離子溶液與活化后的活性炭按照體積質(zhì)量比0.5～5mL/1g進(jìn)行混合攪拌均勻，鎳離子溶液的濃度為2～20mg/L，得鎳改性活性炭吸附劑。有益效果：通過(guò)改變?cè)蓟钚蕴康目捉Y(jié)構(gòu)特征和表面官能團(tuán)的種類(lèi)和分布，提高其吸附脫除廢水中重金屬鉛的能力;制備方法簡(jiǎn)單、操作方便且條件溫和、成本低廉，脫鉛能力得到提高。
權(quán)利要求書(shū)
1. 一種用于廢水脫鉛的鎳改性活性炭吸附劑的制備方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：
(1)將商品化顆粒狀活性炭浸泡，干燥，粉碎后過(guò)100～300目篩備用;
(2)配制濃度為5～8 mol/L的硝酸溶液，混勻靜置澄清;
(3)將步驟(1)所述的活性炭浸漬到步驟(2)所述的硝酸溶液中，活性炭與硝酸溶液的體積比為1：2～1：5，超聲振蕩0.5～4 h，超聲溫度為 25～100 ℃，超聲頻率為80KHz;超聲功率為100～300 W，浸泡12～18 h，蒸餾水反復(fù)沖洗至中性，80～120 ℃烘箱中干燥至恒重，得活化的活性炭;
(4)將活化的活性炭投入鎳離子溶液中，鎳離子溶液與活化后的活性炭按照體積質(zhì)量比0.5～5 mL/1g進(jìn)行混合攪拌均勻，鎳離子溶液為NiCl2溶液、Ni(NO3)2溶液或NiSO4溶液，鎳離子溶液的濃度為2～20 mg/L，超聲振蕩2h，浸泡12～18 h，80～120 ℃烘箱中干燥至恒重，在馬弗爐中200～500 oC下焙燒1～5 h，得鎳改性活性炭吸附劑。
說(shuō)明書(shū)
用于廢水脫鉛的鎳改性活性炭吸附劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于工業(yè)廢水控制領(lǐng)域，主要涉及一種應(yīng)用于冶煉、涂料、五金等工業(yè)廢水脫鉛技術(shù)中吸附脫除廢水中重金屬鉛離子的方法，具體涉及一種用于廢水脫鉛的鎳改性活性炭吸附劑的制備方法。
背景技術(shù)
近年來(lái)，隨著采礦、金屬冶煉、燃煤和含鉛汽油的使用等人類(lèi)活動(dòng)的加劇，大量的重金屬鉛離子被排入環(huán)境中，造成人類(lèi)生存環(huán)境和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境急劇惡化;研究表明，血鉛超過(guò)3.86 μmol/L時(shí)可出現(xiàn)明顯鉛中毒現(xiàn)象，并將血鉛的診斷值定在2.9 μmol/L;因此，富集和分離痕量鉛是分析和處理鉛中毒不可缺少的環(huán)節(jié);依據(jù)2005年12月29日頒布的<生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)>(GB5749-2006)，我國(guó)的生活飲用水鉛含量標(biāo)準(zhǔn)也改為0.01mg/L;此新標(biāo)準(zhǔn)的提出，使現(xiàn)有的水處理設(shè)施在除鉛方面面臨著很大的挑戰(zhàn)。
活性炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，同時(shí)表面的活性基團(tuán)對(duì)于性質(zhì)相反的物質(zhì)具有較強(qiáng)的吸附作用，可用作吸附劑、催化劑和催化劑載體;雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者在活性炭改性技術(shù)方面做了長(zhǎng)期并大量的研究工作，但以往制備的活性炭主要是通過(guò)活性炭表面負(fù)載改性來(lái)提高除鉛效果;目前，浸漬活性炭的制備方法公開(kāi)的專(zhuān)利有CN1765489、CN1830542、CN103721675等，而負(fù)載改性活性炭面臨的負(fù)載離子易擴(kuò)散到水溶液中，其穩(wěn)定性差且吸附容量小，以及產(chǎn)業(yè)化困難等問(wèn)題并未得到有效解決;因此，如何克服現(xiàn)有活性炭在除鉛方面的不足，改善活性炭對(duì)水中低濃度鉛離子的選擇吸附性能差和抗干擾性較弱等問(wèn)題，制備出一種經(jīng)濟(jì)、操作簡(jiǎn)便的吸附劑具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有商品顆粒狀活性炭對(duì)鉛的吸附能力差，負(fù)載改性活性炭存在穩(wěn)定性差和吸附容量小的問(wèn)題，而提供一種用于廢水脫鉛的鎳改性活性炭吸附劑的制備方法。
技術(shù)方案：所述方法包括以下步驟：
(1)將商品化顆粒狀活性炭浸泡，干燥，粉碎后過(guò)100～300目篩備用;
(2)配制濃度為5～8 mol/L的硝酸溶液，混勻靜置澄清;
(3)將步驟(1)所述的活性炭浸漬到步驟(2)所述的硝酸溶液中，活性炭與硝酸溶液的體積比為1：2～1：5，超聲振蕩0.5～4 h，超聲溫度為 25～100 ℃，超聲頻率為80KHz;超聲功率為100～300 W，浸泡12～18 h，蒸餾水反復(fù)沖洗至中性，80～120 ℃烘箱中干燥至恒重，得活化的活性炭。
(4)將活化的活性炭投入鎳離子溶液中，鎳離子溶液與活化后的活性炭按照體積質(zhì)量比0.5～5 mL/1g進(jìn)行混合攪拌均勻，鎳離子溶液為NiCl2溶液、Ni(NO3)2溶液或NiSO4溶液，鎳離子溶液的濃度為2～20 mg/L，超聲振蕩2h，浸泡12～18 h，80～120 ℃烘箱中干燥至恒重，在馬弗爐中200～500 oC下焙燒1～5 h，得鎳改性活性炭吸附劑。
有益效果 ：
(1)本發(fā)明將硝酸活化與過(guò)渡金屬鎳改性相結(jié)合，通過(guò)改變?cè)蓟钚蕴康目捉Y(jié)構(gòu)特征和表面官能團(tuán)的種類(lèi)和分布，提高其吸附脫除廢水中重金屬鉛的能力;
(2)本發(fā)明中的改性活性炭制備方法簡(jiǎn)單、操作方便且條件溫和、成本低廉，脫鉛能力得到提高;將鎳改性后的活性炭應(yīng)用于廢水中鉛的脫除可以減少活性炭的用量，從而降低活性炭的投入成本，進(jìn)而降低運(yùn)行成本，因此具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展的空間。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明;應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
將本發(fā)明實(shí)施例1-6所得到的改性活性炭吸附劑和原始活性炭進(jìn)行活性評(píng)價(jià)：
實(shí)施例 1:鎳改性活性炭吸附劑具體是按照以下步驟進(jìn)行制取：
(1)將商品化顆粒狀活性炭浸泡，干燥，粉碎后過(guò)100～200目篩備用;
(2)配制摩爾濃度為4mol/L的硝酸溶液，充分混勻靜置澄清;
(3)按照活性炭與硝酸溶液的體積比為1：3，將活性炭浸漬到上述硝酸溶液中，在溫度為25℃，頻率為80KHz，功率為160W超聲清洗器中震蕩0.5h;然后洗滌、烘干制得活化的活性炭。
(4)將活化后的活性炭按照體積質(zhì)量比2.0 mL/1g加入到濃度為2 mg/L的Ni(NO3)2溶液中，攪拌均勻，超聲振蕩1.5 h，浸泡18 h，80 ℃烘箱中干燥12h，在馬弗爐中200 oC下焙燒3 h，得鎳改性活性炭吸附劑。
分別準(zhǔn)確稱(chēng)取100～400 mg的鎳改性活性炭吸附劑和未改性的活性炭，投入20mg/L硝酸鉛溶液中，一定pH值下，放在的頻率為80 KHz振蕩床上反應(yīng)一定時(shí)間，過(guò)濾后取適量的濾液測(cè)定廢水中重金屬鉛的去除率;由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，由實(shí)施例1獲得的鎳改性活性炭吸附劑在pH值范圍6～10內(nèi)對(duì)鉛離子的去除率高達(dá)70 %，相比較而言，未改性的活性炭對(duì)pH值依賴程度較大范圍6～8，對(duì)鉛離子的去除率偏低，約為40 %;另外，與未改性活性炭相比，鎳改性活性炭吸附劑達(dá)到吸附平衡所需時(shí)間更短僅需1.5 h，未改性的活性炭達(dá)到吸附平衡的時(shí)間為3 h。
實(shí)施例 2：鎳改性活性炭吸附劑具體是按照以下步驟進(jìn)行制�。�
(1)將商品化顆粒狀活性炭浸泡，干燥，粉碎后過(guò)80～400目篩備用;
(2)配制摩爾濃度為5 mol/L的硝酸溶液，充分混勻靜置澄清 ;
(3)按照活性炭與硝酸溶液的體積比為1：2.5，將目數(shù)范圍為100～200目的活性炭浸漬到上述硝酸溶液中，在溫度為40 ℃，頻率為80 KHz，功率為160 W超聲清洗器中震蕩1.5 h;然后洗滌、烘干制得活化的活性炭。
(4)將活化后的活性炭按照體積質(zhì)量比2.0 mL/1g加入到濃度為6 mg/L的Ni(NO3)2溶液中，攪拌均勻，超聲振蕩1.5 h，浸泡18 h，100 ℃烘箱中干燥14 h，在馬弗爐中300 oC下焙燒3 h，得鎳改性活性炭吸附劑。
分別準(zhǔn)確稱(chēng)取100～400 mg的鎳改性活性炭吸附劑和未改性的活性炭，投入20mg/L硝酸鉛溶液中，一定pH值下，放在的頻率為80 KHz振蕩床上反應(yīng)一定時(shí)間，過(guò)濾后取適量的濾液測(cè)定廢水中重金屬鉛的去除率;由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，由實(shí)施例2獲得的鎳改性活性炭在最佳pH值范圍6～12內(nèi)對(duì)鉛離子的去除率高達(dá)75 %，相比較而言，未改性的活性炭對(duì)pH值依賴程度較大范圍6～8，對(duì)鉛離子的去除率偏低，約為40 %;另外，與未改性的活性炭相比，鎳改性活性炭吸附劑達(dá)到吸附平衡所需時(shí)間更短僅需1.0 h，未改性活性炭達(dá)到吸附平衡的時(shí)間為3 h。
實(shí)施例 3：鎳改性活性炭吸附劑具體是按照以下步驟進(jìn)行制�。�
(1)將商品化顆粒狀活性炭浸泡，干燥，粉碎后過(guò)80～400目篩備用;
(2)配制摩爾濃度為6 mol/L的硝酸溶液，充分混勻靜置澄清 ;
(3)按照活性炭與硝酸溶液的體積比為1：1，將目數(shù)范圍為100～200目的活性炭浸漬到上述硝酸溶液中，在溫度為60 ℃，頻率為80 KHz，功率為200 W超聲清洗器中震蕩2.0 h;然后洗滌、烘干制得活化的活性炭。
(4)將活化后的活性炭按照體積質(zhì)量比2.0 mL/1g加入到濃度為8 mg/L的Ni(NO3)2溶液中，攪拌均勻，超聲振蕩1.5 h，浸泡18 h，110 ℃烘箱中干燥14 h，在馬弗爐中300 oC下焙燒3h，得鎳改性活性炭吸附劑。
分別準(zhǔn)確稱(chēng)取100～400 mg的鎳改性活性炭吸附劑和未改性的活性炭，投入20mg/L硝酸鉛溶液中，一定pH值下，放在的頻率為80 KHz振蕩床上反應(yīng)一定時(shí)間，過(guò)濾后取適量的濾液測(cè)定廢水中重金屬鉛的去除率;由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，由實(shí)施例3獲得的鎳改性活性炭在最佳pH值范圍6～13內(nèi)對(duì)鉛離子的去除率高達(dá)82%，相比較而言，未改性的活性炭對(duì)pH值的依賴程度較大范圍6～8，對(duì)鉛離子的去除率偏低，約為40%;另外，與未改性的活性炭相比，鎳改性活性炭吸附劑達(dá)到吸附平衡所需時(shí)間更短僅需0.5 h，未改性的活性炭達(dá)到吸附平衡的時(shí)間為3 h。
實(shí)施例 4：鎳改性活性炭吸附劑具體是按照以下步驟進(jìn)行制�。�
(1)將商品化顆粒狀活性炭浸泡，干燥，粉碎后過(guò)80～400目篩備用;
(2)配制摩爾濃度為 7mol/L的硝酸溶液，充分混勻靜置澄清 ;
(3)按照活性炭與硝酸溶液的體積比為1：2.5，將目數(shù)范圍為100～200目的活性炭浸漬到上述硝酸溶液中，在溫度為80 ℃，頻率為80 KHz，功率為180 W超聲清洗器中震蕩1.5 h;然后洗滌、烘干制得活化的活性炭。
(4)將活化后的活性炭按照體積質(zhì)量比2.0 mL/1g加入到濃度為10 mg/L的Ni(NO3)2溶液中，攪拌均勻，超聲振蕩2.5 h，浸泡14 h，120℃烘箱中干燥14 h，在馬弗爐中300 oC下焙燒3 h，得鎳改性活性炭吸附劑。
分別準(zhǔn)確稱(chēng)取100～400 mg的鎳改性活性炭吸附劑和未改性的活性炭，投入20mg/L硝酸鉛溶液中，一定pH值下，放在的頻率為80 KHz振蕩床上反應(yīng)一定時(shí)間，過(guò)濾后取適量的濾液測(cè)定廢水中重金屬鉛的去除率;由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，由實(shí)施例4獲得的鎳改性活性炭在最佳pH值范圍6～14內(nèi)對(duì)鉛離子的去除率高達(dá)93%，相比較而言，未改性的活性炭對(duì)pH值依賴程度較大范圍6～8，對(duì)鉛離子的去除率偏低，約為40%;另外，與未改性的活性炭相比，鎳改性活性炭吸附劑達(dá)到吸附平衡所需時(shí)間更短僅需0.5 h，未改性活性炭達(dá)到吸附平衡的時(shí)間為3 h。
實(shí)施例 5：鎳改性活性炭吸附劑具體是按照以下步驟進(jìn)行制�。�
(1) 將商品化顆粒狀活性炭浸泡，干燥，粉碎后過(guò)100-200目篩備用;
(2) 配制摩爾濃度為 7 mol/L的硝酸溶液，充分混勻靜置澄清 ;
(3)按照活性炭與硝酸溶液的體積比為1：1.5，將目數(shù)范圍為100～200目的活性炭浸漬到上述硝酸溶液中，在溫度為40 ℃，頻率為80 KHz，功率為160 W超聲清洗器中震蕩1.5 h;然后洗滌、烘干制得活化的活性炭。
(4)將活化后的活性炭按照體積質(zhì)量比2.0 mL/1g加入到濃度為15 mg/L的Ni(NO3)2溶液中，攪拌均勻，超聲振蕩1.5h，浸泡18h，110℃烘箱中干燥14h，在馬弗爐中300oC下焙燒3h，得鎳改性活性炭吸附劑。
分別準(zhǔn)確稱(chēng)取100～400 mg的鎳改性活性炭吸附劑和未改性的活性炭，投入20mg/L硝酸鉛溶液中，一定pH值下，放在的頻率為80 KHz振蕩床上反應(yīng)一定時(shí)間，過(guò)濾后取適量的濾液測(cè)定廢水中重金屬鉛的去除率;由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，由實(shí)施例5獲得的鎳改性活性炭在最佳pH值范圍6～14內(nèi)對(duì)鉛離子的去除率高達(dá)95%，相比較而言，未改性的活性炭對(duì)pH值的依賴程度較大范圍6～8，對(duì)鉛離子的去除率偏低，約為40%;另外，與未改性的活性炭相比，鎳改性活性炭吸附劑達(dá)到吸附平衡所需時(shí)間更短僅需0.5 h，未改性活性炭達(dá)到吸附平衡的時(shí)間為3 h。
實(shí)施例 6：鎳改性活性炭吸附劑具體是按照以下步驟進(jìn)行制�。�
(1) 將商品化顆粒狀活性炭浸泡，干燥，粉碎后過(guò)80～400目篩備用;
(2) 配制摩爾濃度為 7mol/L的硝酸溶液，充分混勻靜置澄清 ;
(3)按照活性炭與硝酸溶液的體積比為1:1.5，將目數(shù)范圍為100～200目的活性炭浸漬到上述硝酸溶液中，在溫度為40℃，頻率為80KHz，功率為160W超聲清洗器中震蕩1.5h;然后洗滌、烘干制得活化的活性炭。
(4)將活化后的活性炭按照體積質(zhì)量比2.0 mL/1g加入到濃度為10 mg/L的Ni(NO3)2溶液中，攪拌均勻，超聲振蕩1.5 h，浸泡18 h，110 ℃烘箱中干燥14 h，在馬弗爐中300oC下焙燒3 h，得鎳改性活性炭吸附劑。
分別準(zhǔn)確稱(chēng)取100～400 mg的鎳改性活性炭吸附劑和未改性的活性炭，投入20mg/L硝酸鉛溶液中，一定pH值下，放在的頻率為80 KHz振蕩床上反應(yīng)一定時(shí)間，過(guò)濾后取適量的濾液測(cè)定廢水中重金屬鉛的去除率;由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，由實(shí)施例6獲得的鎳改性活性炭在最佳pH值范圍6～14內(nèi)對(duì)鉛離子的去除率高達(dá)98%以上，剩余鉛含量為0.47mg/L，低于出水中鉛濃度污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)≤1.0mg/L;相比較而言，未改性的活性炭對(duì)pH值的依賴程度較大范圍6～8，且對(duì)鉛離子的去除率偏低，約為40%;另外，與未改性的活性炭相比，鎳改性活性炭吸附劑達(dá)到吸附平衡所需時(shí)間更短僅需10 min，未改性活性炭達(dá)到吸附平衡的時(shí)間為3 h。
