專利名稱：含重金屬離子或含磷的廢水的處理方法
技術領域：
本發(fā)明屬于環(huán)境功能材料領域，特別涉及重金屬廢水處理技術領域。
背景技術：
從采礦作業(yè)、電鍍設備、發(fā)電設備、電子儀表制造單位和制革中排出的廢液都含有重金屬，且含量基本都超出當?shù)氐呐欧艠藴?。廢液中包括的有毒重金屬如鉻、鎘、鉛、汞、鎳和銅，這些重金屬如果不加以處理而直接外排，將對人類的生存和身心健康產(chǎn)生嚴重危害。例如，鉻對人和動植物的危害很大，在水體中，高濃度的Cr(VI)可極大程度地抑制生物的生長，飲用水受六價鉻污染可致癌。蓄電池廠排放的廢水含有大量的鉛，對我們的腎臟、肝臟、生殖系統(tǒng)和腦功能等都有危害，會導致人們貧血、失眠、頭暈頭疼、肌無力、腎衰竭等等。磷作物生長所必需的三大營養(yǎng)元素之一，在土壤中過多地積累，會影響土壤中的微量元素Zn、Mn、Fe、Cu的有效性和在植株中的含量，還會造成地下水體磷污染，藍藻等微生物會大量富集，導致水體中的溶解氧大量流失，水體富營養(yǎng)化，甚至引發(fā)赤潮。目前，用于去除水體中重金屬的一般方法有化學沉淀、離子交換、膜分離和吸附等，廢水脫磷主要有化學凝聚沉淀法、離子交換法、生化法和吸附法。吸附法處理含重金屬和磷的廢水適用范圍廣，應用普遍。吸附法依靠吸附劑與污水中的污染離子之間進行的一種化學反應過程以達到去除的目的，它的高效快速、操作簡單、無二次污染、吸附劑可重復利用等優(yōu)點在國內外已引起人們越來越大的關注。國內外常用的吸附材料主要有活性炭、 活性氧化鋁、硅膠、沸石以及合成沸石等。但這些吸附材料具都存在一定的缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提出能克服現(xiàn)有技術缺陷的含重金屬離子或含磷的廢水的處理方法。本發(fā)明技術方案是將含重金屬離子或含磷的廢水調節(jié)pH至3 5，加入磁性蒙脫石納米粒子，攪拌40 180分鐘后，即可除去廢水中重金屬離子或磷。本發(fā)明利采用磁性蒙脫石納米粒子作為吸附劑，由于蒙脫石廉價易得，國內外儲量豐富，只需將磁性納米粒子復合上去，就能得到廉價高效的吸附劑，用于處理廢水中重金屬離子(如鉻、鉛和汞)和磷，不僅方法簡單易操作，而且去除率高，易回收再利用，對鉻的去除率達90%，鉛、汞和磷達100%，處理效果也很穩(wěn)定。利用外界磁場可將吸附劑與水體分離， 在保護了水體生態(tài)結構的同時，還可以對吸附劑進行回收、脫附處理后，再多次循環(huán)利用。 本發(fā)明可以廣泛應用于大面積水域，可對水體進行原位處理，利用磁性通過外界磁場就可將吸附劑連同磷一起與水體分離，保護了水體生態(tài)結構的同時，還可以對吸附劑進行脫附處理后再循環(huán)利用。為了節(jié)約能源，所述攪拌反應的時間為40 180分鐘。反應時間對磷的去除率無太大影響，在40分鐘時達到100%，攪拌反應時間在180分鐘時，重金屬去除率最大，鉻去除率達到65%，鉛去除率達到100%。
為了提高處理效率，處理初期本發(fā)明所述所述含重金屬離子或含磷的廢水中，重金屬離子和磷含量為0. 5 3mg/L，磁性蒙脫石納米粒子的加入量為0. 2 20g/L。另，本發(fā)明所述磁性蒙脫石納米粒子的制備方法是在水或膠束體系中，將硫酸亞鐵溶液、蒙脫石、檸檬酸鈉和氫氧化鈉攪拌混合，于80°C水浴攪拌反應，然后離心洗滌、干燥，制得納米磁性蒙脫石粒子。本發(fā)明將普通的蒙脫石修飾成具有一定磁性的的優(yōu)良吸附劑，采用連續(xù)低真空干燥，降低制作成本，且更好地保護了蒙脫石的結構，能對污水水體進行大范圍使用。本發(fā)明所述檸檬酸鈉的質量百分比為2%，氫氧化鈉的質量百分比為1%，蒙脫石的質量百分比為I. 7%，硫酸亞鐵溶液的濃度為lmol/L ;所述質量百分比為2%的檸檬酸鈉、質量百分比為1%的氫氧化鈉、質量百分比為I. 7%的蒙脫石、去離子水和lmol/L的硫酸亞鐵溶液的投料質量比為2. 4 : 6 : 4 : 100 : 11。在加入硫酸亞鐵溶液時，加入由質量百分比為9%的聚乙二醇400和水混合形成的膠束，所述聚乙二醇400和水的混合投料質量比為I : 10 ;所述質量百分比為2%的檸檬酸鈉、質量百分比為1%的氫氧化鈉、質量百分比為I. 7%的蒙脫石、去離子水、膠束和lmol/L 的硫酸亞鐵的投料質量比為2. 4 : 6 : 4 : 50 : 50 : 11。


圖I為磁性蒙脫石納米粒子的磁滯回線圖。圖2為磁性蒙脫石納米粒子的透射電鏡圖。
具體實施例方式一、制備磁性蒙脫石納米粒子
方案I :
(I)將質量百分比為2%的檸檬酸鈉2. 4g、1%氫氧化鈉6g、I. 7%蒙脫石4g加入IOOml 去離子水中，機械攪拌直到溶解混勻，形成混合物A。(2)向混合物A中加入lmol/L硫酸亞鐵40mL，再用適量的氫氧化鈉調節(jié)pH到11， 于80°C水浴控溫攪拌反應I小時，制成磁性物質。(3)將制成的磁性物質用去離子水和乙醇洗滌、離心數(shù)次后于真空干燥箱內50°C 真空干燥半小時，即制得磁性蒙脫石納米粒子。方案2:
(I)將聚乙二醇400和H2O按質量比為1:10進行混合振勻后超聲15分鐘制成膠束。(2)將質量百分比為2%的檸檬酸鈉2. 4g、l%氫氧化鈉6g、l. 7%蒙脫石4g加入 IOOmL去離子水中，機械攪拌直到溶解混勻,形成混合物B。(3)將50ml膠束和40ml的I mol/L硫酸亞鐵加入混合物B中，再用適量的氫氧化鈉調節(jié)PH到11，于80°C水浴控溫攪拌反應I小時，制成磁性物質。(4)將上述制得的磁性物質用去離子水和乙醇洗滌、離心數(shù)次后于真空干燥箱內 50°C真空干燥半小時，即制得磁性蒙脫石納米粒子。本發(fā)明的磁性蒙脫石，從圖I可知其飽和磁強度達到35emu/g，可以很好的通過磁分離技術將其從水體中分離；XRD分析其d(001)發(fā)生顯著改變，層間結構發(fā)生改變，層間距比原蒙脫石擴大了將近兩倍；BET的數(shù)據(jù)也顯示，其比表面積和孔徑分別從22. 9m2/g和
0.13cm3/g 擴大到 55. 7m2/g 和 0. 29cm3/g。通過圖2可以看到制得的磁性蒙脫石的尺寸達到了納米級。二、處理含重金屬離子和磷的廢水
以下對重金屬(以鉻和鉛為例)和磷的吸附效果考察。(I)磁性蒙脫石納米粒子用量對吸附的作用
取50mL 10mg/L的鉻的廢液15份，用0. lmol/L的HCl和NaOH調節(jié)pH到3，向各廢液分別加入不同量(0. 5 20g/L)的磁性蒙脫石，于25°C機械攪拌30分鐘。然后lOOOOr/pm， 離心15分鐘，取上清液，用火焰原子吸收光譜檢測鉻的含量。含鉛廢液的處理方法和條件同上。處理含磷廢液時磷的濃度為2mg/L，磁性蒙脫石另入量為0. 2 2g/L，取上清液，用鑰銻抗分光光度法檢測磷的含量。結論廢液去除率隨著磁性蒙脫石納米粒子的加入量的增加而增大，對鉻的去除率最高達到55%，對鉛可到達100%，對磷的去除率可到達100%。(2)廢液初始濃度對吸附的影響
取50mL濃度分別為從I 30mg/L的鉻的廢液8份，向其中分別加入0. Ig磁性蒙脫石納米粒子，用0. lmol/L的HCl和NaOH調節(jié)pH到3，25°C機械攪拌30分鐘。然后IOOOOr/ Pm，離心15分鐘，取上清液，用火焰原子吸收光譜檢測鉻的含量。含鉛廢液的處理方法和條件同上。含磷廢液的濃度分別為I、2、3、4、5、6、7、8、9、10mg/L,向其中分別加入0. 05g磁性蒙脫石納米粒子，取上清液，用鑰銻抗分光光度法檢測磷的含量。結論廢液初始濃度在濃度為I mg/L時對重金屬的去除率達到最大，對鉻的去除率為70%，鉛可達100%，廢液初始濃度在濃度為2mg/L時對磷的最大去除率可達100%。(3)廢液初始pH值對吸附影響
取50mL 10mg/L的鉻的廢液10份，用0. lmol/L的HCl和NaOH調節(jié)pH從I 10。向廢液中分別加入0. Ig磁性蒙脫石納米粒子，25°C機械攪拌30分鐘。然后10000r/pm，離心 15分鐘，取上清液，用火焰原子吸收光譜檢測鉻的含量。含鉛廢液的處理方法和條件同上。 處理含磷廢液時磷的濃度為2mg/L，磁性蒙脫石的加入量為0. 05g，取上清液，用鑰銻抗分光光度法檢測磷的含量。結論廢液初始pH為5左右，去除率不再改變，對鉻的最大去除率為70%，鉛可達 100%，當廢液初始pH為3右，對磷的去除率最大為100%。(4)反應時間對吸附的影響
取50mL 10mg/L的鉻的廢液12份，用0. lmol/L的HCl和NaOH調節(jié)pH為3，分別加入
0.Ig磁性蒙脫石納米粒子，25°C機械攪拌，反應時間從10 540分鐘，然后10000r/pm，離心15分鐘，取上清液，用火焰原子吸收光譜檢測鉻的含量。含鉛廢液的處理方法和條件同上。處理含磷廢液時磷的濃度為2mg/L，磁性蒙脫石的加入量為0. 05g，取上清液，用鑰銻抗分光光度法檢測磷的含量。結論反應時間在180分鐘時，重金屬去除率最大，鉻達到65%，鉛達到100%，反應時間對磷的去除率無太大影響，在40分鐘時達到100%。綜上可見，本發(fā)明的磁性蒙脫石納米粒子在用于水處理時操作簡單易行，對重金屬離子(鉻、鉛和汞)和磷的吸附劑效果很好，對鉻的去除率達70%，對鉛達到100%，對汞達100%，對磷也達到100%，且吸附效果穩(wěn)定，在多次反復實驗下均能達到此去除率。
權利要求
1.含重金屬離子或含磷的廢水的處理方法，其特征在于將含重金屬離子或含磷的廢水調節(jié)pH至3 5，加入磁性蒙脫石納米粒子，攪拌40 180分鐘后，即可除去廢水中重金屬離子或磷。
2.根據(jù)權利要求I所述含重金屬離子或含磷的廢水的處理方法，其特征在于所述含重金屬離子或含磷的廢水中，重金屬離子和磷含量為0. 5 3mg/L，磁性蒙脫石納米粒子的加入量為0. 2 20g/L。
3.根據(jù)權利要求I所述含重金屬離子或含磷的廢水的處理方法，其特征在于所述磁性蒙脫石納米粒子的制備方法是在水或膠束體系中，將硫酸亞鐵溶液、蒙脫石、檸檬酸鈉和氫氧化鈉攪拌混合，于80°C水浴攪拌反應，然后離心洗滌、干燥，制得納米磁性蒙脫石粒子。
4.根據(jù)權利要求3所述含重金屬離子或含磷的廢水的處理方法，其特征在于所述檸檬酸鈉的質量百分比為2%，氫氧化鈉的質量百分比為1%，蒙脫石的質量百分比為I. 7%，硫酸亞鐵溶液的濃度為lmol/L ;所述質量百分比為2%的檸檬酸鈉、質量百分比為1%的氫氧化鈉、質量百分比為I. 7%的蒙脫石、去離子水和lmol/L的硫酸亞鐵溶液的投料質量比為 2.4 : 6 : 4 : 100 : 11。
5.根據(jù)權利要求3所述含重金屬離子或含磷的廢水的處理方法，其特征在于在加入硫酸亞鐵溶液時，加入由質量百分比為9%的聚乙二醇400和水混合形成的膠束，所述聚乙二醇400和水的混合投料質量比為I : 10 ;所述質量百分比為2%的檸檬酸鈉、質量百分比為 1%的氫氧化鈉、質量百分比為I. 7%的蒙脫石、去離子水、膠束和lmol/L的硫酸亞鐵的投料質量比為 2.4 : 6 : 4 : 50 : 50 : 11。
全文摘要
含重金屬離子或含磷的廢水的處理方法，涉及重金屬廢水處理技術領域。將含重金屬離子或含磷的廢水調節(jié)pH至3～5，加入磁性蒙脫石納米粒子，攪拌40～180分鐘后，即可除去廢水中重金屬離子或磷。本發(fā)明可以廣泛應用于大面積水域，可對水體進行原位處理，利用磁性通過外界磁場就可將吸附劑連同磷一起與水體分離，保護了水體生態(tài)結構的同時，還可以對吸附劑進行脫附處理后再循環(huán)利用。
文檔編號C02F101/22GK102531094SQ20121003113
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月13日 優(yōu)先權日2012年2月13日
發(fā)明者劉天晴, 劉燕, 左明明 申請人:揚州大學