專利名稱：用于脫除廢水中重金屬的炭基材料吸附劑及制法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種用于脫除廢水中重金屬的炭基材料吸附劑及制備方法和應(yīng)用，具體涉及一種用于脫除廢水中重金屬的炭基材料吸附劑及制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
近年來隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展，水污染問題逐漸成為社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)。工業(yè)廢水中含有大量的重金屬離子，直接排入水域后，通過食物鏈的富集，對(duì)生命健康等造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。目前重金屬?gòu)U水的處理方法有多種，炭基材料吸附法以其操作簡(jiǎn)單、處理高效等優(yōu)勢(shì)，在這一領(lǐng)域的應(yīng)用最為廣泛。然而，該方法雖簡(jiǎn)單高效，但須消耗大量的炭基材料，使得污水處理的經(jīng)濟(jì)成本巨大。我國(guó)是世界上活性炭年生產(chǎn)量最大的國(guó)家，其中35%以上被用于污水處理。表面改性是改善炭基材料吸附性能的有效方法，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)炭基材料表面改性的傳統(tǒng)方法是將其進(jìn)行硝酸氧化處理，然而這一改性方法存在著明顯的缺點(diǎn)處 理過程復(fù)雜、硝酸氧化炭的反應(yīng)生成NO和NO2，造成二次污染，且處理過程本身所需要的成本較高。為降低重金屬?gòu)U水的處理成本，尋找一種制備過程簡(jiǎn)單、成本較低且不會(huì)造成二次污染的新型水處理劑是很有必要的。經(jīng)檢索，未發(fā)現(xiàn)檸檬酸鈉擔(dān)載的炭基材料用于脫除廢水中重金屬離子的文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備過程簡(jiǎn)單、不會(huì)造成二次污染且能夠高效脫除廢水中重金屬的炭基材料吸附劑及制法和應(yīng)用。本發(fā)明的炭基材料吸附劑是由炭基材料和檸檬酸鈉改性組分組成，其重量百分比組成為炭基材料98. 2-99. 8%，檸檬酸鈉O. 2-1. 8%，其中炭基材料的比表面積為800-1200m2/g、總孔容為 O. 5-0. 7cm3/g、平均孔徑為和 2_4nm。本發(fā)明的制備方法如下
(1)將市售炭基材料研磨或剪切，篩分，取粒徑范圍在30-60目的炭基材料，用去離子水沖洗，干燥得到炭基材料載體；
(2)將檸檬酸鈉配制成溶液，采用等體積法浸潰步驟(I)制得的炭基材料載體，然后用去離子水洗滌至中性，100-120°C下干燥12-24h得到炭基材料吸附劑。本發(fā)明的炭基材料吸附劑的應(yīng)用方法是將該炭基材料吸附劑裝入吸附池中，含重金屬?gòu)U水成批通入反應(yīng)池，溫度控制在20-40°C左右，攪拌速率為100-200rpm，吸附時(shí)間1.5-3h。重金屬的脫除率可達(dá)70-98%。如上所述的市售炭基材料為活性炭、活性焦或活性炭纖維，其中活性炭包括煤基活性炭或椰殼活性炭，比表面積為800-1200m2/g、總孔容為O. 5-0. 7cm3/g、平均孔徑為2-4nm。如上所述的重金屬為Cu2+或Pb2+。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)I.對(duì)重金屬離子的脫除率高。2.制備過程簡(jiǎn)單，成本低，且不會(huì)造成二次污染。3.可用于工業(yè)廢水的深度處理，尤其適用于冶金、電鍍和電池制造等工業(yè)廢水的處理。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :
I.制備炭基材料載體
將市售煤基活性炭(比表面積為800-1000m2/g、總孔容為O. 5-0. 6cm3/g、平均孔徑為和
2-3nm)研磨，篩分，取粒徑范圍在30-60目的顆?；钚蕴?，用去離子水沖洗，干燥。2.制備炭基材料吸附劑及應(yīng)用
配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的檸檬酸鈉溶液，采用等體積法浸潰上述炭基材料載體，攪拌
O.5h，室溫靜置ld，沖洗，100°C干燥12h，得到檸檬酸鈉含量為O. 2% (重量百分比)的炭基材料吸附劑。取O. 6g該炭基材料吸附劑放入吸附池(容積為250ml)中，加入Cu2+濃度為IOOppm的模擬廢水100ml，控制溫度在20°C，振蕩速率為lOOrpm，吸附2h后過濾，取上清液使用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定濾液中的Cu2+的濃度。在該操作條件下Cu2+的脫除率可達(dá)76. 1%。實(shí)施例2:
配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的檸檬酸鈉溶液，采用等體積法浸潰上述炭基材料載體(炭基材料載體的制備同實(shí)施例1)，攪拌O. 5h，室溫靜置ld，110°C干燥18h，得到檸檬酸鈉含量為
0.7wt%的炭基材料吸附劑。取O. 6g該炭基材料吸附劑放入吸附池(容積為250ml)中，加入Cu2+濃度為IOOppm的模擬廢水100ml，控制溫度在20°C，振蕩速率為150rpm，吸附2. 5h后過濾，取上清液使用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定濾液中的Cu2+的濃度。在該操作條件下Cu2+的脫除率可達(dá)89. 6%。實(shí)施例3:
配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的檸檬酸鈉溶液，采用等體積法浸潰上述炭基材料載體(炭基材料載體的制備同實(shí)施例I)，攪拌O. 5h，室溫靜置ld，110°C干燥24h，得到檸檬酸鈉含量為
1.lwt%的炭基材料吸附劑。取O. 6g該炭基材料吸附劑放入吸附池(容積為250ml)中，加入Cu2+濃度為IOOppm的模擬廢水100ml，控制溫度在30°C，振蕩速率為150rpm，吸附2. 5h后過濾，取上清液使用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定濾液中的Cu2+的濃度。在該操作條件下Cu2+的脫除率可達(dá)97. 9%。實(shí)施例4:
配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的檸檬酸鈉溶液，采用等體積法浸潰上述炭基材料載體(炭基材料載體的制備同實(shí)施例1)，攪拌O. 5h，室溫靜置ld，120°C干燥24h，得到檸檬酸鈉含量為I. 5 wt%的炭基材料吸附劑。取O. 6g該炭基材料吸附劑放入吸附池(容積為250ml)中，力口入Cu2+濃度為IOOppm的模擬廢水100ml，控制溫度在30°C，振蕩速率為200rpm，吸附2. 5h后過濾，取上清液使用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定濾液中的Cu2+的濃度。在該操作條件下Cu2+的脫除率可達(dá)93. 2%。實(shí)施例5:配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的檸檬酸鈉溶液，采用等體積法浸潰上述炭基材料載體(炭基材料載體的制備同實(shí)施例1)，攪拌O. 5h，室溫靜置ld，110°C干燥12h，得到檸檬酸鈉含量為I. 8 wt%的炭基材料吸附劑。取O. 6g該炭基材料吸附劑放入吸附池(容積為250ml)中，力口入Cu2+濃度為IOOppm的模擬廢水100ml，控制溫度在40°C，振蕩速率為200rpm，吸附3h后過濾，取上清液使用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定濾液中的Cu2+的濃度。在該操作條件下Cu2+的脫除率可達(dá)91. 5%。實(shí)施例6:
配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的檸檬酸鈉溶液，采用等體積法浸潰上述炭基材料載體(炭基材料載體的制備同實(shí)施例I)，攪拌O. 5h，室溫靜置ld，100°C干燥12h，得到檸檬酸鈉含量為O. 2wt%的炭基材料吸附劑。取O. 6g該炭基材料吸附劑放入吸附池(容積為250ml)中，加入Pb2+濃度為IOOppm的模擬廢水100ml，控制溫度在20°C，振蕩速率為lOOrpm，吸附2h后過濾，取上清液使用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定濾液中的銅離子的濃度。在該操作條件下Pb2+的脫除率可達(dá)70. 5%。 實(shí)施例7
配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的檸檬酸鈉溶液，采用等體積法浸潰上述炭基材料載體(炭基材料載體的制備同實(shí)施例1)，攪拌O. 5h，室溫靜置ld，110°C干燥18h，得到檸檬酸鈉含量為
0.7 wt%的炭基材料吸附劑。取O. 6g該炭基材料吸附劑放入吸附池(容積為250ml)中，力口入Pb2+濃度為IOOppm的模擬廢水100ml，控制溫度在20°C，振蕩速率為150rpm，吸附2. 5h后過濾，取上清液使用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定濾液中的Pb2+的濃度。在該操作條件下Pb2+的脫除率可達(dá)81. 7%。實(shí)施例8:
配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的檸檬酸鈉溶液，采用等體積法浸潰上述炭基材料載體(炭基材料載體的制備同實(shí)施例I)，攪拌O. 5h，室溫靜置ld，110°C干燥24h，得到檸檬酸鈉含量為
1.I wt%的炭基材料吸附劑。取O. 6g該炭基材料吸附劑放入吸附池(容積為250ml)中，力口入Pb2+濃度為IOOppm的模擬廢水100ml，控制溫度在30°C，振蕩速率為150rpm，吸附2. 5h后過濾，取上清液使用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定濾液中的Pb2+的濃度。在該操作條件下Pb2+的脫除率可達(dá)90. 4%。實(shí)施例9
配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的檸檬酸鈉溶液，采用等體積法浸潰上述炭基材料載體(炭基材料載體的制備同實(shí)施例1)，攪拌O. 5h，室溫靜置ld，120°C干燥24h，得到檸檬酸鈉含量為I. 5 wt%的炭基材料吸附劑。取O. 6g該炭基材料吸附劑放入吸附池(容積為250ml)中，力口入Pb2+濃度為IOOppm的模擬廢水100ml，控制溫度在30°C，振蕩速率為200rpm，吸附2. 5h后過濾，取上清液使用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定濾液中的Pb2+的濃度。在該操作條件下Pb2+的脫除率可達(dá)87. 2%。實(shí)施例10
配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的檸檬酸鈉溶液，采用等體積法浸潰上述炭基材料載體(炭基材料載體的制備同實(shí)施例1)，攪拌O. 5h，室溫靜置ld，110°C干燥12h，得到檸檬酸鈉含量為
I.8 wt%的炭基材料吸附劑。取O. 6g該炭基材料吸附劑放入吸附池(容積為250ml)中，力口入Pb2+濃度為IOOppm的模擬廢水100ml，控制溫度在40°C，振蕩速率為200rpm，吸附3h后過濾，取上清液使用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定濾液中的Pb2+的濃度。在該操作條件下Pb2+的脫除率分別可達(dá)84. 4%。實(shí)施例11
配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的檸檬酸鈉溶液，采用等體積法浸潰上述炭基材料載體(炭基材料載體的制備同實(shí)施例I)，攪拌O. 5h，室溫靜置ld，110°C干燥24h，得到檸檬酸鈉含量為
I.I wt%的炭基材料吸附劑。取O. 6g該炭基材料吸附劑放入吸附池(容積為250ml)中，力口入Cu2+和Pb2+的濃度均為IOOppm的模擬廢水100ml，控制溫度在30°C，振蕩速率為150rpm，吸附2. 5h后過濾，取上清液使用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定濾液中的Cu2+和Pb2+的濃度。在該操作條件下Cu2+和Pb2+的的脫除率分別可達(dá)97%和87. 3%。實(shí)施例12
I.制備炭基材料載體
將市售椰殼活性炭(比表面積為900-1200m2/g、總孔容為O. 5-0. 7cm3/g、平均孔徑為和
3-4nm)研磨，篩分，取粒徑范圍在30-60目的顆?；钚蕴浚萌ルx子水沖洗，下干燥。I.制備炭基材料吸附劑及應(yīng)用
配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的檸檬酸鈉溶液，采用等體積法浸潰上述炭基材料載體，
攪拌O. 5h，室溫靜置ld，110°C干燥24h，得到檸檬酸鈉含量為I. 1% (重量百分比)的炭基材料吸附劑。取O. 6g該炭基材料吸附劑放入吸附池(容積為250ml)中，加入Cu2+和Pb2+的濃度均為IOOppm的模擬廢水100ml，控制溫度在30°C，振蕩速率為150rpm，吸附2. 5h后過濾，取上清液使用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定濾液中的Cu2+和Pb2+的濃度。在該操作條件下Cu2+和Pb2+的的脫除率分別可達(dá)95. 6%和88. 2%。
權(quán)利要求
1.一種用于脫除廢水中重金屬的炭基材料吸附劑，其特征在于炭基材料吸附劑是由炭基材料和檸檬酸鈉改性組分組成，其重量百分比組成為炭基材料98. 2-99. 8%，檸檬酸鈉O.2-1. 8%，其中炭基材料的比表面積為800-1200m2/g、總孔容為O. 5-0. 7cm3/g、平均孔徑為和 2_4nm。
2.如權(quán)利要求I所述的一種用于脫除廢水中重金屬的炭基材料吸附劑的制備方法，其特征在于包括如下步驟 (1)將市售炭基材料研磨或剪切，篩分，取粒徑范圍在30-60目的炭基材料，用去離子水沖洗，干燥得到炭基材料載體； (2)將檸檬酸鈉配制成溶液，采用等體積法浸潰步驟(I)制得的炭基材料載體，然后用去離子水洗滌至中性，100-120°C下干燥12-24h得到炭基材料吸附劑。
3.如權(quán)利要求2所述的一種用于脫除廢水中重金屬的炭基材料吸附劑的制備方法，其特征在于所述的市售炭基材料為活性炭、活性焦或活性炭纖維，比表面積為800-1200m2/g、總孔容為O. 5-0. 7cm3/g、平均孔徑為2-4nm。
4.如權(quán)利要求3所述的一種用于脫除廢水中重金屬的炭基材料吸附劑的制備方法，其特征在于所述的活性炭為煤基活性炭或椰殼活性炭。
5.如權(quán)利要求I所述的一種用于脫除廢水中重金屬的炭基材料吸附劑的應(yīng)用，其特征在于是將該炭基材料吸附劑裝入吸附池中，含重金屬?gòu)U水通入反應(yīng)池，溫度控制在20-40°C左右，攪拌速率為100-200rpm，吸附時(shí)間I. 5_3h。
6.如權(quán)利要求I所述的一種用于脫除廢水中重金屬的炭基材料吸附劑的應(yīng)用，其特征在于所述的重金屬為Cu2+或Pb2+。
全文摘要
一種用于脫除廢水中重金屬的炭基材料吸附劑，其特征在于炭基材料吸附劑是由炭基材料和檸檬酸鈉改性組分組成，其重量百分比組成為炭基材料98.2-99.8%，檸檬酸鈉0.2-1.8%，其中炭基材料的比表面積為800-1200m2/g、總孔容為0.5-0.7cm3/g、平均孔徑為和2-4nm。本發(fā)明具有制備過程簡(jiǎn)單、不會(huì)造成二次污染且能夠高效脫除廢水中重金屬的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01J20/22GK102941065SQ20121043678
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者黃張根, 仲凱凱, 韓小金, 張曉航, 張昌鳴 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所