公布日:2023.06.23
申請日:2023.02.10
分類號:C02F9/00(2023.01)I;B01J20/26(2006.01)I;B01J20/30(2006.01)I;C02F1/28(2023.01)I;B01J20/28(2006.01)I;C02F1/66(2023.01)N;C02F1/00(2023.01)N;C02F1
/36(2023.01)N;C02F101/20(2006.01)N;C02F101/22(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種工業(yè)廢水中重金屬資源化提取方法,屬于重金屬回收技術領域。本發(fā)明用于解決現(xiàn)有技術工業(yè)廢水中重金屬吸附回收過程中,吸附劑的抗污染性能差和金屬離子從吸附劑中解析方法繁雜,吸附劑對重金屬的吸附率與可再生性有待提高技術問題,一種工業(yè)廢水中重金屬資源化提取方法,包括以下步驟:按重量稱取待處理的工業(yè)廢水2kg加入到燒杯中攪拌,用0.1mol/L的氫氧化鈉或鹽酸水溶液,調節(jié)體系pH=4.5‑5.5。本發(fā)明不僅能夠將廢水中的重金屬離子高效地從廢水中吸附提取出來,提高重金屬的吸附率,方便將重金屬從吸附劑解析脫附下來,并具有良好的再生性能和良好的抗污染性能。
權利要求書
1.一種工業(yè)廢水中重金屬資源化提取方法,其特征在于,包括以下步驟:S1、按重量稱取含有Cr6+、Pb2+、Hg2+的待處理工業(yè)廢水2kg加入到燒杯中攪拌,用0.1mol/L的氫氧化鈉或鹽酸水溶液,調節(jié)體系pH=4.5-5.5;S2、將燒杯放置在恒溫水浴振蕩器中,設置水浴溫度為35-40℃,向燒杯中加入40-60g吸附劑,恒溫水浴振蕩器以150r/min的轉速振蕩40-70min,過濾,得到吸附有重金屬的吸附劑;S3、將燒杯放置在恒溫水浴振蕩器中,按重量稱取1mol/L的NaNO3水溶液1-2kg加入到燒杯中,向燒杯中加入0.1mol/L的HNO3調節(jié)體系pH=4.5-5.5,將吸附有重金屬的吸附劑加入到燒杯中,恒溫水浴振蕩器在室溫下以150r/min的轉速振蕩反應30-40min,過濾,重復以上操作兩次,對濾餅進行解析,得到濾液一;S4、將燒杯放置在恒溫水浴振蕩器中,按重量稱取0.5mol/L的NaCl水溶液1-2kg加入到燒杯中,向燒杯中加入0.1mol/L的NaOH調節(jié)體系pH=8-9,將S3步驟中的濾餅加入到燒杯中,恒溫水浴振蕩器在室溫下以150r/min的轉速振蕩反應30-40min,過濾,重復以上操作兩次,對濾餅進行解析,濾液二;S5、將濾液一與濾液二合并,得到含有重金屬離子的水溶液。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種工業(yè)廢水中重金屬資源化提取方法,其特征在于,向含有重金屬離子的水溶液中加入氫氧化鈉,調節(jié)體系的pH=10-12,然后向水溶液中加入50-80g硫酸亞鐵,室溫下攪拌40-50min,過濾,用大量去離子水淋洗后、烘干,得到重金屬的氫氧化物。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種工業(yè)廢水中重金屬資源化提取方法,其特征在于,所述吸附劑的制備包括以下步驟:A1、按重量稱取去離子水2kg與鈉基膨潤土40g,加入到安裝有機械攪拌器的三口燒瓶中,三口燒瓶溫度升高至55-65℃,劇烈攪拌22-24h,膨潤土吸水溶脹,向三口燒瓶中緩慢滴加羥基鋁溶液739g,攪拌3-5h,靜置陳化20-24h,后處理得到中間體I;A2、將中間體I放置到溫度為350-400℃的馬弗爐中,灼燒4-6h,馬弗爐降低至室溫,得到中間體II;A3、按重量稱取三氯化鐵51.8g、乙二醇1.5kg,加入到三口燒瓶中攪拌至三氯化鐵完全溶解,向三口燒瓶中加入38.4g聚乙二醇和138g醋酸鈉,攪拌15-20min,然后向體系中加入40g中間體II,攪拌60-80min,將混合液轉移到不銹鋼高壓反應釜中,密封后在溫度為190℃下反應8-10h,后處理得到中間體III;A4、按重量稱取40g中間體III與60g改性液,加入到安裝有機械攪拌器的燒杯中,拌和40-50min得到泥狀混合物,將其攤放到溫度為60-70℃的干燥箱中干燥6-8h后,粉碎,將其加入到雙螺桿擠壓造粒機中,得到吸附劑。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種工業(yè)廢水中重金屬資源化提取方法,其特征在于,所述羥基鋁溶液的制備包括以下步驟:按重量稱取三氯化鋁42.6g、水640g,加入到三口燒瓶中攪拌,三口燒瓶溫度升高至55-65℃,向三口燒瓶中緩慢滴加0.5mol/L的NaOH水溶液56.4g,滴加完畢保溫反應3-5h后,靜置24h,得到羥基鋁溶液。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種工業(yè)廢水中重金屬資源化提取方法,其特征在于,所述A1步驟中后處理操作為:靜置陳化后,抽濾,濾餅與1kg去離子水加入到燒杯中攪拌5-10min,抽濾,濾餅用600g去離子水淋洗后抽干,放置到溫度為60-80℃的干燥箱中,干燥10-12h,得到中間體I。
6.根據(jù)權利要求3所述的一種工業(yè)廢水中重金屬資源化提取方法,其特征在于,所述A3步驟中后處理操作為:反應完成之后,降低至室溫,將反應溶液從不銹鋼高壓反應釜轉移到玻璃燒杯中,用磁鐵從反應體系中分離出固體,然后分別使用無水乙醇與去離子水對固體進行淋洗,淋洗后的固體放置在溫度為60-70℃的干燥箱,真空干燥6-8h,得到中間體III。
7.根據(jù)權利要求3所述的一種工業(yè)廢水中重金屬資源化提取方法,其特征在于,所述改性液的制備包括為:按重量稱取殼聚糖2g與1wt%冰醋酸水溶液100mL,加入到三口燒瓶中攪拌至殼聚糖完全溶解,向三口燒瓶中加入50mL二氧化硅懸浮液與25wt%戊二醛水溶液3g,攪拌20-30min,得到改性液。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種工業(yè)廢水中重金屬資源化提取方法,其特征在于,所述二氧化硅懸浮液的制備包括:按重量稱取4g納米二氧化硅粉末與50ml無水乙醇加入到燒瓶中,將燒瓶置于恒溫水浴振蕩器中,室溫下以150r/min的轉速振蕩分散10-15min后制備而成。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種工業(yè)廢水中重金屬資源化提取方法,用于解決現(xiàn)有技術中由于工業(yè)廢水中含有大量的油性雜物,吸附劑在吸附重金屬離子的同時其外部容易黏附油性雜物,抗污染性能差和金屬離子從吸附劑中解析方法繁雜,吸附劑對重金屬的吸附率與可再生性有待提高的技術問題。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案實現(xiàn):
一種工業(yè)廢水中重金屬資源化提取方法,包括以下步驟:
S1、按重量稱取含有Cr6+、Pb2+、Hg2+的待處理工業(yè)廢水2kg加入到燒杯中攪拌,用0.1mol/L的氫氧化鈉或鹽酸水溶液,調節(jié)體系pH=4.5-5.5;
S2、將燒杯放置在恒溫水浴振蕩器中,設置水浴溫度為35-40℃,向燒杯中加入40-60g吸附劑,恒溫水浴振蕩器以150r/min的轉速振蕩40-70min,過濾,得到吸附有重金屬的吸附劑;
S3、將燒杯放置在恒溫水浴振蕩器中,按重量稱取1mol/L的NaNO3水溶液1-2kg加入到燒杯中,向燒杯中加入0.1mol/L的HNO3調節(jié)體系pH=4.5-5.5,將吸附有重金屬的吸附劑加入到燒杯中,恒溫水浴振蕩器在室溫下以150r/min的轉速振蕩反應30-40min,過濾,重復以上操作兩次,對濾餅進行解析,得到濾液一;
pH較低時,溶液中含有較多的氫離子,氫離子與吸附在吸附劑上的Pb2+、Hg2+發(fā)生離子交換,使Pb2+、Hg2+在吸附劑上的吸附量減少,部分氫離子將占據(jù)膨潤土吸附點位,氫離子使吸附劑表面呈現(xiàn)正電性,與Pb2+與Hg2+產(chǎn)生競爭吸附,降低吸附劑與Pb2+、Hg2+的結合力,從而促進Pb2+、Hg2+從吸附劑上解析脫附。
S4、將燒杯放置在恒溫水浴振蕩器中,按重量稱取0.5mol/L的NaCl水溶液1-2kg加入到燒杯中,向燒杯中加入0.1mol/L的NaOH調節(jié)體系pH=8-9,將S3步驟中的濾餅加入到燒杯中,恒溫水浴振蕩器在室溫下以150r/min的轉速振蕩反應30-40min,過濾,重復以上操作兩次,對濾餅進行解析,濾液二;
pH升高,溶液中氫氧根離子濃度增大,氫氧根離子與吸附劑表面吸附點位結合,使得吸附劑帶有負電荷,導致吸附劑對Cr6+離子吸附能力減弱。在堿性環(huán)境中,吸附劑表面結合氫氧根離子之后,吸附劑表面電負性增強,以CrO42-形式存在Cr6+發(fā)生排斥,從而促進Cr6+從吸附劑上解析脫附。
S5、將濾液一與濾液二合并,得到含有重金屬離子的水溶液。
進一步的,向含有重金屬離子的水溶液中加入氫氧化鈉,調節(jié)體系的pH=10-12,然后向水溶液中加入50-80g硫酸亞鐵,室溫下攪拌40-50min,過濾,用大量去離子水淋洗后、烘干,得到重金屬的氫氧化物。
進一步的,所述吸附劑的制備包括以下步驟:
A1、按重量稱取去離子水2kg與鈉基膨潤土40g,加入到安裝有機械攪拌器的三口燒瓶中,三口燒瓶溫度升高至55-65℃,劇烈攪拌22-24h,膨潤土吸水溶脹,向三口燒瓶中緩慢滴加羥基鋁溶液739g,攪拌3-5h,靜置陳化20-24h,后處理得到中間體I;
A2、將中間體I放置到溫度為350-400℃的馬弗爐中,灼燒4-6h,馬弗爐降低至室溫,得到中間體II;
A3、按重量稱取三氯化鐵51.8g、乙二醇1.5kg,加入到三口燒瓶中攪拌至三氯化鐵完全溶解,向三口燒瓶中加入38.4g聚乙二醇和138g醋酸鈉,攪拌15-20min,然后向體系中加入40g中間體II,攪拌60-80min,將混合液轉移到不銹鋼高壓反應釜中,密封后在溫度為190℃下反應8-10h,后處理得到中間體III;
A4、按重量稱取40g中間體III與60g改性液,加入到安裝有機械攪拌器的燒杯中,拌和40-50min得到泥狀混合物,將其攤放到溫度為60-70℃的干燥箱中干燥6-8h后,粉碎,將其加入到雙螺桿擠壓造粒機中,得到吸附劑。
進一步的,所述羥基鋁溶液的制備包括以下步驟:按重量稱取三氯化鋁42.6g、水640g,加入到三口燒瓶中攪拌,三口燒瓶溫度升高至55-65℃,向三口燒瓶中緩慢滴加0.5mol/L的NaOH水溶液56.4g,滴加完畢保溫反應3-5h后,靜置24h,得到羥基鋁溶液。
進一步的,所述A1步驟中后處理操作為:靜置陳化后,抽濾,濾餅與1kg去離子水加入到燒杯中攪拌5-10min,抽濾,濾餅用600g去離子水淋洗后抽干,放置到溫度為60-80℃的干燥箱中,干燥10-12h,得到中間體I。
進一步的,所述A3步驟中后處理操作為:反應完成之后,降低至室溫,將反應溶液從不銹鋼高壓反應釜轉移到玻璃燒杯中,用磁鐵從反應體系中分離出固體,然后分別使用無水乙醇與去離子水對固體進行淋洗,淋洗后的固體放置在溫度為60-70℃的干燥箱,真空干燥6-8h,得到中間體III。
進一步的,所述改性液的制備包括為:按重量稱取殼聚糖2g與1wt%冰醋酸水溶液100mL,加入到三口燒瓶中攪拌至殼聚糖完全溶解,向三口燒瓶中加入50mL二氧化硅懸浮液與25wt%戊二醛水溶液3g,攪拌20-30min,得到改性液。
進一步的,所述二氧化硅懸浮液的制備包括:按重量稱取4g納米二氧化硅粉末與50ml無水乙醇加入到燒瓶中,將燒瓶置于恒溫水浴振蕩器中,室溫下以150r/min的轉速振蕩分散10-15min后制備而成。
本發(fā)明具備下述有益效果:
1、本發(fā)明中工業(yè)廢水中重金屬資源化提取用吸附劑,在合成過程中,通過制備出羥基化鋁與鈉基膨潤土進行混合,通過鋁起到的支撐作用,增加鈉基膨潤土的比表面積與層間距,而提高膨潤土對重金屬離子的吸附能力,再通過熱處理,在膨潤土的上形成多個結構相對規(guī)則的孔道,提高膨潤土對重金屬離子與磁性四氧化三鐵的負載量,膨潤土表面負載有磁性四氧化三鐵粒子,在酸性水溶液中,形成高絮凝吸附活性的羥基鐵化合物和磁鐵礦類磁性粒子,對于Cr6+、Pb2+、Hg2+具有吸附絮凝作用,為化學吸附作用,從而提高了吸附劑對重金屬離子的吸附能力。
2、本發(fā)明中工業(yè)廢水中重金屬資源化提取用吸附劑,在合成過程中,通過納米二氧化硅、殼聚糖與交聯(lián)劑戊二醛相互配合,將殼聚糖溶解到冰醋酸水溶液中,殼聚糖本身附帶的大量羥基親水基團、殼聚糖喪的氨基與冰醋酸反應形成醋酸鹽與納米二氧化硅都具有極好的親水性能,膨潤土在水下與水的接觸角達到0°,膨潤土在水下與油的接觸角達到153°上下,膨潤土在水下具有超親水疏油性能,能夠有效的防止廢水中的有機物黏附在吸附劑上,殼聚糖的稀酸溶液具有一定的黏性和良好的成膜性,在戊二醛作為交聯(lián)劑的作用下,使得殼聚糖分子間形成氫鍵,從而在造粒中形成穩(wěn)定的顆粒狀結構,方便將吸附劑從廢水中分離出來。
3、本發(fā)明的工業(yè)廢水中重金屬資源化提取方法,通過對調節(jié)廢水的pH,使得廢水中重金屬能夠以離子的形態(tài)存在于廢水中,然后通過吸附劑對廢水中重金屬離子進行物理吸附后,對吸附劑依次進行過濾、酸解析、堿解析得到重金屬的離子溶液與再生吸附劑,使用硫酸亞鐵對將Cr6+還原成Cr3+,從而能夠與氫氧根離子形成沉淀,方便對重金屬進行回收。
(發(fā)明人:王亮都;陶曉波;方曉宇;高錫明)