本發(fā)明屬于污水處理，具體涉及一種工業(yè)污水中高效去除重金屬的處理劑及其制備方法。

背景技術：

1、隨著工業(yè)化進程的不斷加快和經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，工業(yè)廢水的排放量不斷增加，對環(huán)境和人類健康都帶來了極大的危。眾所周知，工業(yè)廢水中含有大量重金屬離子，例如汞hg(ⅱ)、pb(ⅱ)、cd(ⅱ)、cu(ⅱ)和?cr(ⅵ)。這些重金屬離子會破壞土壤、水和空氣，威脅生態(tài)平衡。此外，由于重金屬離子不可生物降解，其強滲透性和積累性，最終會通過食物鏈的運輸?shù)竭_人體，一旦達到一定水平，就會危害人類健康。近年來，通過控制重金屬污染源，中國主要水域的重金屬污染有了顯著改善，但去除和跟蹤水中重金屬離子的作用一直是領域的研究熱點。

2、工業(yè)廢水中的重金屬污染物源頭復雜，主要來自電鍍、礦山開采、冶煉、化工等行業(yè)。這些行業(yè)廢水中的重金屬濃度往往遠高于環(huán)境標準限制值，超標排放不僅直接影響周邊環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，也加劇了地球資源的稀缺性。此外，重金屬能夠長期積累在土壤中，從而影響農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)與安全，構(gòu)成食品鏈中的潛在健康風險。隨著工業(yè)化進程的加速，重金屬污染問題也日益突顯，因而迫切需要有效的治理手段，去除工業(yè)廢水中的重金屬污染物。

3、目前工業(yè)廢水中重金屬的處理方法主要有：1.電化學處理，如電浮選在礦山廢水處理中廣泛應用，然而廢水的電化學處理需要大量投資和昂貴的電力供應，限制了其大面積推廣使用；2.化學沉淀法，該方法簡單易行但需要使用大量沉淀劑將金屬離子還原到可接受的排放濃度，它們將成為新的污染源，同時成本高，選擇重金屬離子的能力很差；3.離子交換法，即將樹脂的離子與金屬離子交換，達到處理廢水的目的，缺點是合成樹脂在處理受重金屬污染的廢水時可能會嚴重損壞；4.膜分離法，膜分離技術是利用壓力和膜的選擇性進行分離、純化與濃縮的一種處理技術，包括納濾膜、反滲透膜、微濾膜、超濾膜等，雖然膜分離法對廢水處理效果較好，但膜材料容易受環(huán)境污染發(fā)生結(jié)垢、堵塞等現(xiàn)象造成使用壽命較短，且膜分離設備通常需要較大的壓力，能耗相對較高；5.吸附法，利用吸附劑的物理吸附和化學吸附性能，去除廢水中的多種污染物，是目前應用較為廣泛且高效的污水處理方法，然而吸附劑自身性能和對于吸附劑的篩選至關重要；6.生物方法，如微生物吸附、植物修復等，利用微生物或植物等生物體對重金屬離子進行吸附、氧化還原等作用，將其轉(zhuǎn)化為無毒或低毒的物質(zhì)，具有環(huán)境友好、易操作等優(yōu)點，缺點在于菌株的特異性選擇、成本高昂、去除效率低等。雖然對于工業(yè)污水中的重金屬處理方法較多，但效果相差較大，如何選擇一種高效的去除工業(yè)污水中重金屬的方法成為亟待解決的技術問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明公開了一種工業(yè)污水中高效去除重金屬的處理劑，采用物理-化學技術相結(jié)合的方法，高效去除水體中的多種重金屬離子。

2、為實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明所采用的技術方案為：

3、一種工業(yè)污水中高效去除重金屬的處理劑，它是由固體劑a和固體劑b組成，所述固體劑a為改性生物炭；所述固體劑b為co-cu摻雜納米二氧化鈦。

4、優(yōu)選的，所述固體劑a、固體劑b的質(zhì)量比為3：1。

5、優(yōu)選的，所述改性生物炭是采用下述方法制得：

6、（1）取芹菜莖清洗干凈后，切成1-5cm的小段，置于烘干箱中烘干至恒重，然后轉(zhuǎn)入管式爐中通入氮氣高溫煅燒2h，冷卻后得到芹菜莖生物炭；

7、（2）將100g芹菜莖生物炭與3g納米氧化鋅加入到1l去離子水中攪拌均勻，浸泡15-20min后再震蕩15-20min，然后加入3mg/l的naoh溶液1l，以150-180r/min的轉(zhuǎn)速磁力攪拌12h，靜置12h-18h后離心分離，固體產(chǎn)物用去離子水洗滌3次，烘箱中干燥24h后轉(zhuǎn)入馬弗爐中高溫煅燒2h，得到鋅改性生物炭；

8、（3）取5g?fecl3溶解于1l的去離子水中，然后取20g步驟（2）所得鋅改性生物炭加入溶液中，在磁力攪拌4-5h，加入naoh調(diào)節(jié)ph到11，攪拌2h，靜置24h，于離心機中離心分離，固體產(chǎn)物用去離子水清洗洗滌至中性，烘箱中烘干后研磨成粉即得改性生物炭。

9、進一步的，所述步驟(1)中高溫煅燒具體方法為以8℃/min的速率升溫至500℃，煅燒2h。

10、進一步的，所述步驟(2)中高溫煅燒具體方法為以5℃/min的速率升溫至400℃，煅燒2h。

11、優(yōu)選的，所述co-cu摻雜納米二氧化鈦是采用下述方法制得：

12、a.將鈦酸四丁酯緩慢滴入4倍量無水乙醇中混合，滴加完成后攪拌30min得到溶液a；

13、b.將冰醋酸、無水乙醇和去離子水按比例混合，攪拌均勻后，用少量鹽酸調(diào)節(jié)ph至2-3，得到溶液b；

14、c.向溶液b其中加入co(no3)2·6h2o、cucl2和十二烷基苯磺酸鈉，攪拌至溶解完全得到溶液c；

15、d.將溶液a以10ml/min的速度滴入溶液c中，滴完后繼續(xù)磁力攪拌30min得到凝膠，溶液a與溶液c的體積比為1:1。

16、e.將凝膠放入烘箱中于100℃干燥6h后轉(zhuǎn)入馬弗爐中400℃煅燒2h后即得co-cu摻雜納米二氧化鈦。

17、優(yōu)選的，所述步驟b中冰醋酸、無水乙醇和去離子水體積比為1：8-10：2-3。

18、優(yōu)選的，所述步驟c中溶液b、co(no3)2·6h2o、cucl2和十二烷基苯磺酸鈉的用量比為100-120ml：5mmol：10mmol：0.5-1g。

19、優(yōu)選的，在工業(yè)污水中先加入固體劑a攪拌均勻后，置于恒溫振蕩器中于35-40℃以180-200r/min?的速度震蕩12h以后再加入固體劑b，攪拌均勻后采用200w氙燈照射處理2h，然后固液分離即可。

20、本發(fā)明是提供了一種上述的工業(yè)污水中高效去除重金屬的處理劑的制備方法，包括以下步驟：

21、（1）制備固體劑a；

22、（2）制備固體劑b；

23、（3）將固體劑a?和固體劑b分別包裝后分裝即得終產(chǎn)品。

24、本發(fā)明的工業(yè)污水中高效去除重金屬的處理劑的用量為：每1l污水使用本發(fā)明處理劑4g。

25、生物炭具有較大的比表面積和豐富的孔隙結(jié)構(gòu)可以通過物理吸附作用吸附廢水中的重金屬離子，同時生物炭表面還含有多種官能團，如羧基、羥基、酚羥基等，這些官能團能夠與重金屬離子發(fā)生絡合反應，形成穩(wěn)定的絡合物，從而固定重金屬離子，因而生物炭作為一種環(huán)境友好、成本相對低廉的材料，在廢水處理中應用廣泛。然而普通生物炭對污水中重金屬離子的去除效果有限，在實際應用中生物炭的性能可以通過改變其制備條件（如原料、熱解溫度等）進行優(yōu)化，以提高其對重金屬離子的去除效率。本發(fā)明選用芹菜莖作為原材料制備生物炭，同時采用氧化鋅納米粒子和氯化鐵改性生物炭處理，生物炭的比表面積和孔容明顯增加，活性位點顯著增加，對重金屬的吸附能力明顯增強，同時納米氧化鋅在吸附過程中可以產(chǎn)生羥基，這些羥基能與重金屬離子形成絡合物，從而進一步促進重金屬的去除；而鐵改性后的生物炭通常具有較好的穩(wěn)定性，能夠在不同的環(huán)境條件下保持其吸附性能，這有助于確保在處理過程中重金屬的連續(xù)和有效去除。二者共同改性處理生物炭使生物炭吸附去除污水中重金屬的能力大幅提升。

26、本發(fā)明還使用了co-cu摻雜納米二氧化鈦作為重金屬處理劑，通常普通二氧化鈦催化處理污水中的重金屬離子是通過光照條件下，二氧化鈦吸收光能并產(chǎn)生具有強還原性的電子，可以與廢水中的重金屬離子發(fā)生還原反應，將其轉(zhuǎn)化為其對應的氫氧化物或氧化物。而co-cu摻雜改性處理的納米二氧化鈦，可以顯著改善納米二氧化鈦的光催化性能。摻雜后的催化劑具有更高的光催化活性，能夠更有效地利用光能產(chǎn)生電子-空穴對，并促進活性自由基的生成。co-cu摻雜還可以優(yōu)化納米二氧化鈦的能帶結(jié)構(gòu)，使其更容易吸收可見光，從而拓寬了光催化劑的光譜響應范圍。與普通二氧化鈦催化劑相比，摻雜后的催化劑對重金屬的去除率更高，反應速率更快，摻雜后的納米二氧化鈦光催化劑對污水環(huán)境的適應性更強。

27、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用適宜配比的改性生物炭和改性納米二氧化鈦作為污水中的重金屬處理劑，二者協(xié)同作用，吸附在生物炭表面的重金屬離子隨后可以被co-cu摻雜的納米二氧化鈦在光照條件下催化降解，轉(zhuǎn)化為無害物，這種吸附富集與降解轉(zhuǎn)化的結(jié)合，有效提高了重金屬離子的去除效率，同時光催化降解過程能夠去除吸附在生物炭表面的重金屬離子，從而恢復生物炭的吸附能力，生物炭可以重復使用，延長了其使用壽命，降低了處理成本。