專利名稱：Fe₃O₄/CS磁性材料吸附劑及制備方法和污水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污水處理，尤其涉及一種Fe304/CS磁性材料吸附劑及制備方法和 污水處理方法。
背景技術(shù)：
五氯酚(PCP)及其鹽類化合物，尤其是五氯酚鈉(PCP-Na)，在世界范圍內(nèi)曾被廣 泛用于防止樹木生長(zhǎng)真菌、防治血吸蟲病等的殺蟲劑。由于其毒性、致突變性、致癌性、內(nèi)分 泌干擾性以及生物蓄積性，五氯酚及其鹽類已公認(rèn)為優(yōu)先污染物及持久性有機(jī)污染物。處 理污水中的五氯酚污染大多采用樹脂、活性炭、炭黑、浮石、沸石等吸附劑，但，存在著成本 昂貴的問題。
目前，尋求能有效吸附脫除水中有機(jī)污染物的吸附劑，同時(shí)還圍繞著尋求分散性 好、吸附速率快、吸附效果好、且回收容易的吸附劑。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于解決上述處理污水中五氯酚及其鹽類污染的問題，提供一 種Fe304/CS磁性材料吸附劑及制備方法和污水處理方法。
據(jù)文獻(xiàn)記載，吸附法在兩個(gè)方面需要改進(jìn)1、吸附法主要是應(yīng)用于吸附脫除水中 的重金屬污染等，而針對(duì)于吸附脫除水中有機(jī)污染物還有欠缺；2、當(dāng)前的吸附劑大多存在 著吸附容量較小，分散性差、回收困難，甚至造成二次污染等缺點(diǎn)，同時(shí)，吸附劑(如活性炭 等)還存在價(jià)格昂貴的問題。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是Fe304/CS磁性材料吸附劑由一步溶劑熱法合成，其形貌表現(xiàn)為單分散的絨球體，幾乎無 團(tuán)聚現(xiàn)象，直徑介于IOOnm到200nm之間，比表面積為32. 18m2/g,Fe304/CS吸附脫除水中五 氯酚鈉(PCP-Na)的吸附過程在30min以內(nèi)就迅速實(shí)現(xiàn)了吸附平衡，且在近常溫(25°C )和 酸堿度接近一般水體的中性偏酸性條件(pH=6. 5)下獲得最大的五氯酚鈉(PCP-Na)脫除率 (91. 5%)ο
本發(fā)明的Fe304/CS磁性納米材料吸附劑是由一步溶劑熱法合成,具備新型的形 貌，表現(xiàn)為單分散的絨球體，幾乎無團(tuán)聚現(xiàn)象，其直徑是在IOOnm到200nm之間，比表面積為 32. 18m2/g。Fe304/CS吸附脫除水中五氯酚鈉(PCP-Na)的吸附過程在30min以內(nèi)就迅速實(shí) 現(xiàn)了吸附平衡，且在近常溫(25°C)和酸堿度接近一般水體的中性偏酸性條件(pH=6. 5)下 獲得最大的PCP-Na脫除率(91. 5%)，顯示了 Fe304/CS吸附劑吸附脫除PCP-Na的可行性和優(yōu) 越性。
本發(fā)明中未經(jīng)殼聚糖修飾的Fe3O4納米材料，表現(xiàn)為表面圓滑的球狀體，存在較嚴(yán) 重的團(tuán)聚現(xiàn)象，平均直徑約20(T350nm，比表面積為6. 35m2/g。說明本發(fā)明的Fe304/CS磁 性納米材料吸附劑粒徑減小了，分散性增強(qiáng)了，比表面積也隨之增大了。配制初始PCP濃度 為100mg/L，初始pH為6. 5，設(shè)置水浴搖床的溫度為25°C，振蕩速率為250rpm。Fe304/CS吸附脫除PCP-Na的吸附過程在30min以內(nèi)就迅速實(shí)現(xiàn)了吸附平衡，顯示了 Fe304/CS吸附脫除 PCP-Na的高效性。Fe304/CS吸附劑的量對(duì)吸附脫除PCP-Na的影響很大。當(dāng)使用O. 15g的 Fe304/CS納米材料時(shí)，PCP-Na的脫除量為70. 0%，當(dāng)吸附劑的量增加到O. 28g時(shí)，PCP-Na的脫除量增至91.5%。
在100L攪拌機(jī)中加入200g 1. 6kg無水FeCl3和40L乙二醇，經(jīng)攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢韬螅芤撼示鶆蛲该鞯募t棕色溶液。在透明的紅棕色溶液中加人O. 9kg 7. 2kg醋酸鈉和O.2^5. Okg殼聚糖，繼續(xù)攪拌30min，形成紅棕色的懸濁勻漿。
本發(fā)明往容積為100L的攪拌機(jī)中加入200g 1. 6kg無水FeCl3和401^乙二醇， 打開攪拌電源，經(jīng)過充分?jǐn)嚢韬螅纬闪司鶆蛲该鞯募t棕色溶液。往該透明溶液中加入O.9kg 7. 2kg醋酸鈉和O. 2^5. Okg殼聚糖，繼續(xù)攪拌30min，形成紅棕色的懸濁勻漿。
本發(fā)明繼續(xù)增加吸附劑的量(O. 3(T0. 40g)并沒有對(duì)PCP-Na的脫除產(chǎn)生促進(jìn)作用，F(xiàn)e304/CS吸附脫除PCP-Na的最佳劑量為2. 8g/L。同時(shí)，根據(jù)Fe304/CS和Fe3O4分別作為吸附劑可以發(fā)現(xiàn)，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，利用Fe3O4作為吸附劑時(shí)，PCP-Na的最大脫除量為69. 2%，而且吸附過程在約2h才能實(shí)現(xiàn)吸附平衡。顯然，F(xiàn)e304/CS磁性納米材料的吸附速率和吸附量均顯示了卓越的吸附效果，證明其作為吸附劑吸附脫除PCP-Na的可行性和優(yōu)越性。
在帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中導(dǎo)入懸濁勻漿，調(diào)節(jié)反應(yīng)釜的溫度為200°C，反應(yīng)12h之后關(guān)閉反應(yīng)釜，待反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，獲得黑色懸濁液，借助磁場(chǎng)分離出黑色固體，把黑色固體導(dǎo)入洗滌系統(tǒng)中，用無水乙醇洗滌數(shù)遍，最后將黑色固體置于 60°C干燥箱中烘干至恒重，獲得黑色粉末，將黑色粉末放入干燥器中儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?br> 本發(fā)明將該懸濁勻漿導(dǎo)入50L帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，調(diào)節(jié)反應(yīng)釜的溫度為200°C，反應(yīng)12h之后關(guān)閉反應(yīng)釜的溫控電源。待反應(yīng)釜自然冷卻到室溫后， 得到黑色懸濁液。借助磁場(chǎng)分離出黑色固體，將該黑色固體導(dǎo)入洗滌系統(tǒng)中，用無水乙醇洗滌數(shù)遍，最后將黑色固體置于60°C干燥箱中烘干至恒重，得到黑色粉末，放入干燥器中儲(chǔ)存?zhèn)溆谩４朔勰┑耐干潆婄R照片見

圖1，X射線衍射圖和傅里葉紅外光譜圖見圖2，磁滯曲線圖見圖3。
本發(fā)明的磁滯曲線表明本發(fā)明 所制備的一種Fe3CVCS磁性納米材料吸附劑具有超順磁性，其飽和磁化強(qiáng)度與未經(jīng)殼聚糖修飾的Fe3O4納米材料相比并沒有減少，這意味著修飾殼聚糖并沒有改變材料的飽和磁化強(qiáng)度。在完成吸附實(shí)驗(yàn)后，通過使用一塊永久磁鐵即能迅速從吸附溶質(zhì)中分離出Fe304/CS磁性納米材料，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)吸附劑的有效分離和重復(fù)利用，顯示了磁性吸附劑應(yīng)用于污水處理的優(yōu)越性，如圖3所示。
由磁性材料吸附處理系統(tǒng)和飽和磁性材料吸附劑的洗脫再生系統(tǒng)組成，吸附處理系統(tǒng)由進(jìn)水管、反應(yīng)罐、電動(dòng)攪拌漿、開合式罐底、吸附劑投加管、控制裝置、飽和磁性材料吸附劑收集斗、出水管、抽水泵和密封鉸鏈組成，反應(yīng)罐整體為桶狀，桶內(nèi)呈中空，容量至少 200L，反應(yīng)液體由進(jìn)水管進(jìn)入反應(yīng)罐，反應(yīng)罐頂端部安設(shè)吸附劑投加管和控制裝置，控制裝置控制吸附劑投加管投入吸附劑的量，反應(yīng)罐內(nèi)安設(shè)電動(dòng)攪拌漿，電動(dòng)攪拌漿攪拌投入反應(yīng)罐內(nèi)反應(yīng)液體。
本發(fā)明分為磁性材料吸附處理系統(tǒng)和飽和磁性材料吸附劑的洗脫再生系統(tǒng)，先通過磁性材料吸附處理系統(tǒng)對(duì)污水實(shí)施吸附處理，再把吸附處理過程中產(chǎn)生的飽和磁性材料吸附劑實(shí)施洗脫再生，洗脫再生后的磁性材料吸附劑再轉(zhuǎn)入磁性材料吸附處理系統(tǒng)重復(fù)使 用，周而復(fù)始往復(fù)循環(huán)。
反應(yīng)罐的上部安設(shè)出水管和抽水泵，出水管的一端部插入反應(yīng)罐內(nèi)，出水管的另 一端部與抽水泵相連接，通過出水管和抽水泵抽出反應(yīng)罐內(nèi)經(jīng)處理后的反應(yīng)液體，反應(yīng)罐 的下部安設(shè)進(jìn)水管，通過進(jìn)水管向反應(yīng)罐內(nèi)輸入需要處理的污水。
本發(fā)明反應(yīng)罐的上部設(shè)置吸附劑投加管、控制裝置和電動(dòng)攪拌槳，調(diào)整控制裝置 控制吸附劑投加管向反應(yīng)罐內(nèi)輸入需要的量，啟動(dòng)電動(dòng)攪拌槳充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)罐內(nèi)的反應(yīng)液 體。
反應(yīng)罐的底部安設(shè)開合式罐底，開合式罐底通過密封鉸鏈與反應(yīng)罐密封連接，開 合式罐底內(nèi)安設(shè)吸盤式電磁鐵,接通電源后飽和磁性材料吸附劑吸附到開合式罐底上,反 應(yīng)罐的下面與反應(yīng)罐相對(duì)應(yīng)處安設(shè)飽和磁性材料吸附劑收集斗，飽和磁性材料吸附劑收集 斗收集飽和磁性材料吸附劑，打開反應(yīng)罐的開合式罐底放出飽和吸附劑進(jìn)入飽和磁性材料 吸附劑收集斗。
本發(fā)明反應(yīng)罐的設(shè)置開合式罐底，開合式罐底內(nèi)設(shè)置吸盤式電磁鐵，吸附反反應(yīng) 罐內(nèi)的飽和磁性材料吸附劑,反應(yīng)罐的下面設(shè)置飽和磁性材料吸附劑收集斗，收集反應(yīng)罐 內(nèi)的飽和磁性材料吸附劑。
飽和磁性材料吸附劑的洗脫再生系統(tǒng)由吸附劑進(jìn)料管、吸附劑控制裝置、洗脫交 換柱、洗脫液進(jìn)水管、蠕動(dòng)泵、洗脫液出水管、取樣口、洗脫液循環(huán)管和洗脫液排水管組成， 洗脫交換柱整體為桶狀，桶內(nèi)呈中空，洗脫交換柱頂端部安設(shè)吸附劑進(jìn)料管和吸附劑控制 裝置，吸附劑控制裝置控制吸附劑進(jìn)料管向洗脫交換柱內(nèi)投放量。
洗脫交換柱的上部安設(shè)洗脫液出水管、取樣口和洗脫液排水管，洗脫液出水管的 一端部與洗脫交換柱相連接，洗脫液出水管的另一端部與取樣口相連接，取樣口與洗脫液 排水管相連接。
本發(fā)明的飽和磁性材料吸附劑的洗脫再生系統(tǒng)的洗脫交換柱的上部設(shè)置吸附劑 進(jìn)料管，吸附劑進(jìn)料管上設(shè)置吸附劑控制裝置，吸附劑控制裝置控制吸附劑進(jìn)料管輸入洗 脫交換柱的投入量。洗脫交換柱的上部設(shè)置洗脫液出水管，洗脫液出水管與洗脫液排水管 相連接，洗脫液出水管和洗脫液排水管之間設(shè)置取樣口，從取樣口提取洗脫液樣液，并實(shí)施 檢測(cè)。
洗脫交換柱的底部安設(shè)洗脫液進(jìn)水管，洗脫液進(jìn)水管的一端部與洗脫交換柱的底 部相連接，洗脫液進(jìn)水管的另一端部與洗脫液循環(huán)管相連接，洗脫液進(jìn)水管上安設(shè)蠕動(dòng)泵， 洗脫液循環(huán)管與洗脫液排水管相連接，驅(qū)動(dòng)蠕動(dòng)泵把洗脫液循環(huán)管內(nèi)的洗脫液向洗脫交換 柱內(nèi)輸送，洗脫交換柱內(nèi)底部設(shè)置承托層，承托層采用粒徑6 7mm的玻璃珠。
本發(fā)明洗脫交換柱的底部設(shè)置洗脫液進(jìn)水管，洗脫液進(jìn)水管與洗脫液循環(huán)管相連 接，洗脫液循環(huán)管與洗脫液排水管相連接，洗脫液進(jìn)水管、洗脫液循環(huán)管和洗脫液排水管構(gòu) 成循環(huán)路，洗脫液進(jìn)水管上設(shè)置蠕動(dòng)泵，驅(qū)動(dòng)洗脫液循環(huán)。洗脫液交換柱內(nèi)底部設(shè)置承托 層，承托層在洗脫液交換柱內(nèi)均勻布置洗脫液。
首先在磁性材料吸附處理系統(tǒng)中對(duì)污水進(jìn)行吸附磁性材料的處理，然后在飽和磁 性材料吸附劑的洗脫再生系統(tǒng)中對(duì)飽和磁性材料吸附劑進(jìn)行洗脫再生處理，洗脫再生出的 Fe304/CS磁性材料吸附劑再在磁性材料吸附處理系統(tǒng)中重復(fù)使用，通過進(jìn)水管向反應(yīng)罐內(nèi)輸入初始濃度為50g 200mg/L的PCP-Na溶液，反應(yīng)罐內(nèi)加入鹽酸和氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)反應(yīng)罐內(nèi)PCP-Na溶液的pH值達(dá)到6. (Til. O后，打開控制裝置，通過吸附劑投加管向反應(yīng)罐內(nèi)加入150g 400g Fe304/CS吸附劑。啟動(dòng)電動(dòng)攪拌漿，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)罐內(nèi)的液體，電動(dòng)攪拌漿的攪拌速率為250rpm，反應(yīng)罐的溫度分別為25°C、35°C以及45°C。
本發(fā)明往容積為200L的反應(yīng)罐中加入初始濃度為5(T200mg/L的PCP-Na溶液100L，用鹽酸和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PCP-Na溶液的pH至6. (Til. O后，往反應(yīng)罐中加入 15(T400g Fe304/CS吸附劑。打開反應(yīng)罐罐體中的電動(dòng)攪拌漿電源，調(diào)節(jié)攪拌速率為250rpm， 調(diào)節(jié)反應(yīng)罐的溫度分別為25°C、35°C以及45°C。
反應(yīng)罐內(nèi)的液體吸附反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉電動(dòng)攪拌漿,啟動(dòng)開合式罐底內(nèi)的吸盤式電磁鐵，根據(jù)電磁轉(zhuǎn)換原理，開合式罐底內(nèi)的吸盤式電磁鐵在通電狀態(tài)下產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁吸力，待飽和磁性材料吸附劑被迅速吸到反應(yīng)罐的罐底的開合式罐底上。
啟動(dòng)抽水泵，經(jīng)吸附反應(yīng)后的溶液通過出水管輸送出反應(yīng)罐，關(guān)閉開合式罐底內(nèi)的吸盤式電磁鐵電源，停止吸附作業(yè)。開啟密封鉸鏈，反應(yīng)罐的罐底部打開，飽和磁性材料吸附劑導(dǎo)入反應(yīng)罐下面的飽和磁性材料吸附劑收集斗內(nèi)。
當(dāng)吸附反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉電動(dòng)攪拌漿電源，打開反應(yīng)罐罐底吸盤式開合式罐底的吸盤式電磁鐵的電源，根據(jù)電磁轉(zhuǎn)換原理，吸盤式開合式罐底的吸盤式電磁鐵在通電狀態(tài)下產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁吸力，待飽和吸附劑被迅速吸到反應(yīng)罐的罐底后，打開抽水泵，經(jīng)吸附反應(yīng)后的溶液被抽水泵抽走。然后關(guān)閉開合式罐底內(nèi)的吸盤式電磁鐵的電源，打開連接反應(yīng)罐的罐體與罐底的密封鉸鏈，反應(yīng)罐的罐底被打開，飽和磁性材料吸附劑到達(dá)飽和磁性材料吸附劑收集斗而得到收集。
將飽和磁性材料吸附劑導(dǎo)入飽和磁性材料吸附劑的洗脫再生系統(tǒng)，實(shí)施洗脫再生處理，在洗脫交換柱內(nèi)的底部設(shè)置承托層，承托層采用粒徑6 7_的玻璃珠，打開吸附劑控制裝置，把飽和磁性材料吸附劑收集斗內(nèi)的飽和磁性材料吸附劑通過吸附劑進(jìn)料管輸入到洗脫交換柱內(nèi)，把甲醇和O. 5^1. 5mol/L的NaOH溶液按體積比1:1混合成洗脫液,通過蠕動(dòng)泵經(jīng)洗脫液進(jìn)水管在洗脫交換柱內(nèi)自下而上流經(jīng)填有飽和磁性材料吸附劑，洗脫液的流速為 5 40mL/h ；本發(fā)明從磁性材料吸附處理系統(tǒng)的反應(yīng)罐內(nèi)排出的飽和磁性材料吸附劑輸入飽和磁性材料吸附劑的洗脫再生系統(tǒng)實(shí)施飽和磁性材料吸附劑的洗脫再生處理。
本發(fā)明往洗脫交換柱底部填滿內(nèi)徑為6 7mm的玻璃珠作為承托層，然后往其中加入吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)束后收集到的飽和吸附劑。由甲醇和O. 5^1. 5mol/L的NaOH溶液按體積比 I I混合而成的洗脫液通過洗脫液進(jìn)水管自下而上流經(jīng)填有飽和磁性材料吸附劑的洗脫交換柱。通過調(diào)速型蠕動(dòng)泵調(diào)節(jié)洗脫液的流速為5 40mL/h。
定時(shí)從洗脫液出水管處的取樣口 對(duì)洗脫液取樣，并測(cè)定洗脫液中PCP-Na的濃度， 當(dāng)PCP-Na的濃度低于50mg/L時(shí)，洗脫液從洗脫交換柱的上部通過洗脫液循環(huán)管由洗脫交換柱的底部進(jìn)入洗脫交換柱內(nèi)，反復(fù)循環(huán)，當(dāng)洗脫液中PCP-Na的濃度達(dá)到一個(gè)最高值時(shí)， 飽和的洗脫液從洗脫液排水管排出，依次往復(fù)循環(huán)洗脫。
本發(fā)明定時(shí)在飽和吸附劑洗脫再生系統(tǒng)的洗脫液出水管處的取樣口定量收集洗脫液，測(cè)定洗脫液中PCP-Na的濃度，當(dāng)PCP-Na的濃度低于50mg/L時(shí)，洗脫液由洗脫液循環(huán)管返回洗脫再生系統(tǒng)，當(dāng)洗脫液中PCP-Na的濃度達(dá)到一個(gè)最高值時(shí)，飽和的洗脫液由洗脫液排水管排出。
當(dāng)PCP-Na的濃度低于5mg/L，結(jié)束飽和磁性材料吸附劑的洗脫再生反應(yīng)，收集磁性材料吸附劑，并烘干保存，送入磁性材料吸附處理系統(tǒng)重復(fù)利用。
本發(fā)明測(cè)定PCP-Na的濃度低于5mg/L停止飽和磁性材料吸附劑的洗脫再生反應(yīng)， 新一輪新鮮的洗脫液由洗脫液進(jìn)水管進(jìn)入洗脫交換柱，依舊定時(shí)測(cè)定洗脫液中PCP-Na的濃度，依次循環(huán)洗脫，當(dāng)PCP-Na的濃度低于5mg/L的時(shí)候，結(jié)束飽和磁性材料吸附劑的洗脫再生反應(yīng)，收集吸附劑并烘干保存，導(dǎo)入磁性材料吸附處理系統(tǒng)重復(fù)使用。
本發(fā)明是Fe304/CS磁性材料吸附劑及制備方法和污水處理方法。所制得的Fe3O4/ CS磁性材料吸附劑，表現(xiàn)為新型的單分散絨球體形貌，幾乎無團(tuán)聚現(xiàn)象。Fe304/CS吸附脫除水中PCP-Na的吸附過程在30min以內(nèi)就迅速實(shí)現(xiàn)了吸附平衡，而據(jù)資料顯示，很多吸附劑在使用過程中需2h甚至24h才能實(shí)現(xiàn)吸附平衡，顯示了 Fe304/CS吸附劑吸附脫除PCP-Na 的高效性。Fe304/CS吸附脫除水中PCP-Na的吸附過程在近常溫(25°C )和酸堿度接近一般水體的中性偏酸性條件(pH=6. 5)下獲得最大的PCP-Na脫除率(91. 5%)，表明Fe304/CS磁性納米材料吸附劑具有實(shí)際應(yīng)用的可行性和優(yōu)越性。Fe304/CS吸附脫除水中PCP-Na后可以通過利用磁場(chǎng)而實(shí)現(xiàn)快速有效回收吸附劑的目的，既實(shí)現(xiàn)了吸附劑的重復(fù)利用，也有效改善了吸附催化劑不便于回收從而造成的浪費(fèi)和二次污染。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明詳細(xì)說明。
圖1Fe3(〕4/CS磁性材料吸附劑的單分散絨球體形貌的示意圖。
圖2Fe3(〕4/CS磁性材料吸附劑的(A)X射線衍射(XRD)和(B)傅里葉紅外光譜分IZf(FTIR)0
圖3Fe3(〕4/CS磁性材料吸附劑的磁滯曲線測(cè)定的結(jié)果。
圖4Fe3(〕4/CS磁性材料吸附劑置于PCP-Na溶液中進(jìn)行吸附處理的示意圖。
圖5Fe3(〕4/CS磁性材料吸附劑置于PCP-Na溶液中進(jìn)行吸附處理的示意圖。
圖6Fe3(〕4/CS磁性材料吸附劑的吸附處理系統(tǒng)的示意圖。
圖7Fe3(〕4/CS磁性材料吸附劑的飽和吸附劑的洗脫再生系統(tǒng)示意圖。
I進(jìn)水管，2反應(yīng)罐，3電動(dòng)攪拌漿，4開合式罐底，5吸附劑投加管，6控制裝置，7飽和磁性材料吸附劑收集斗，8出水管，9抽水泵，10密封鉸鏈，11吸附劑進(jìn)料管，12吸附劑控制裝置，13洗脫交換柱，14洗脫液進(jìn)水管，15蠕動(dòng)泵，16洗脫液出水管，17取樣口，18洗脫液循環(huán)管，19洗脫液排水管。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1Fe304/CS磁性材料吸附劑由一步溶劑熱法合成，其形貌表現(xiàn)為單分散的絨球體，幾乎無團(tuán)聚現(xiàn)象，直徑介于IOOnm到200nm之間，比表面積為32. 1 8m2/g,Fe304/CS吸附脫除水中五氯酚鈉(PCP-Na)的吸附過程在30min以內(nèi)就迅速實(shí)現(xiàn)了吸附平衡，且在近常溫(25°C )和酸堿度接近一般水體的中性偏酸性條件(pH=6. 5)下獲得最大的五氯酚鈉(PCP-Na)脫除率 (91. 5%)，如圖1、圖2、圖4、圖5所示。
實(shí)施例2在100L攪拌機(jī)中加入200g 1. 6kg無水FeCl3和40L乙二醇，經(jīng)攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢韬螅芤撼示鶆蛲该鞯募t棕色溶液。在透明的紅棕色溶液中加人O. 9kg 7. 2kg醋酸鈉和0.2^5. Okg殼聚糖，繼續(xù)攪拌30min，形成紅棕色的懸濁勻漿。
在帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中導(dǎo)入懸濁勻漿，調(diào)節(jié)反應(yīng)釜的溫度為200°C，反應(yīng)12h之后關(guān)閉反應(yīng)釜的電源，待反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，獲得黑色懸濁液，借助磁場(chǎng)分離出黑色固體，把黑色固體導(dǎo)入洗滌系統(tǒng)中，用無水乙醇洗滌數(shù)遍，最后將黑色固體置于60°C干燥箱中烘干至恒重，獲得黑色粉末，將黑色粉末放入干燥器中儲(chǔ)存?zhèn)溆茫鐖D1、圖2、圖3、圖4、圖5所示。
實(shí)施例3由磁性材料吸附處理系統(tǒng)和飽和磁性材料吸附劑的洗脫再生系統(tǒng)組成，吸附處理系統(tǒng)由進(jìn)水管(I)、反應(yīng)罐(2)、電動(dòng)攪拌漿(3)、開合式罐底(4)、吸附劑投加管(5)、控制裝置(6)、飽和磁性材料吸附劑收集斗(7)、出水管(8)、抽水泵(9)和密封鉸鏈(10)組成，反應(yīng)罐(2)整體為桶狀，桶內(nèi)呈中空，容量至少200L，反應(yīng)液體由進(jìn)水管(I)進(jìn)入反應(yīng)罐(2)，反應(yīng)罐(2)頂端部安設(shè)吸附劑投加管(5)和控制裝置(6)，控制裝置(6)控制吸附劑投加管(5) 投入量，反應(yīng)罐(2)內(nèi)安設(shè)電動(dòng)攪拌漿(3)，電動(dòng)攪拌漿(3)攪拌投入反應(yīng)罐(2)內(nèi)反應(yīng)液體。
反應(yīng)罐(2)的上部安設(shè)出水管(8)和抽水泵(9)，出水管(8)的一端部插入反應(yīng)罐(2)內(nèi)，出水管(8)的另一端部與抽水泵(9)相連接，通過出水管(8)和抽水泵(9)抽出反應(yīng)罐(2 )內(nèi)經(jīng)處理后的反應(yīng)液體，反應(yīng)罐(2 )的下部安設(shè)進(jìn)水管(I)，通過進(jìn)水管(I)向反應(yīng)罐內(nèi)輸入需要處理的污水。
反應(yīng)罐(2 )的底部安設(shè)開合式罐底(4 )，開合式罐底(4 )通過密封鉸鏈(10 )與反應(yīng)罐(2)密封連接，開合式罐底(4)內(nèi)安設(shè)吸盤式電磁鐵，接通電源后飽和磁性材料吸附劑吸附到開合式罐底(4)上，反應(yīng)罐(2)的下面與反應(yīng)罐(2)相對(duì)應(yīng)處安設(shè)飽和磁性材料吸附劑收集斗(7)，飽和磁性材料吸附劑收集斗(7)收集飽和磁性材料吸附劑，打開反應(yīng)罐(2)的開合式罐底(4)放出飽和吸附劑進(jìn)入飽和磁性材料吸附劑收集斗(7)，如圖6所示。
實(shí)施例4飽和磁性材料吸附劑的洗脫再生系統(tǒng)由吸附劑進(jìn)料管(11)、吸附劑控制裝置(12)、洗脫交換柱(13)、洗脫液進(jìn)水管(14)、蠕動(dòng)泵(15)、洗脫液出水管(16)、取樣口(17)、洗脫液循環(huán)管(18)和洗脫液排水管(19)組成，洗脫交換柱(13)整體為桶狀，桶內(nèi)呈中空，洗脫交換柱(13)頂端部安設(shè)吸附劑進(jìn)料管(11)和吸附劑控制裝置(12)，吸附劑控制裝置(12)控制吸附劑進(jìn)料管(11)向洗脫交換柱(13)內(nèi)投放吸附劑的量。
洗脫交換柱(13 )的上部安設(shè)洗脫液出水管(16)、取樣口(17)和洗脫液排水管(19)，洗脫液出水管(16)的一端部與洗脫交換柱(13)相連接，洗脫液出水管(16)的另一端部與取樣口(17)相連接，取樣口(17)與洗脫液排水管(19)相連接。
洗脫交換柱(13)的底部安設(shè)洗脫液進(jìn)水管(14)，洗脫液進(jìn)水管(14)的一端部與洗脫交換柱(13)的底部相連接，洗脫液進(jìn)水管(14)的另一端部與洗脫液循環(huán)管(18)相連接，洗脫液進(jìn)水管(14)上安設(shè)蠕動(dòng)泵(15)，洗脫液循環(huán)管(18)與洗脫液排水管(19)相連接，驅(qū)動(dòng)蠕動(dòng)泵(15)把洗脫液循環(huán)管(18)內(nèi)的洗脫液向洗脫交換柱(13)內(nèi)輸送，洗脫交換柱(13)內(nèi)底部設(shè)置承托層，承托層采用粒徑6 7_的玻璃珠，如圖7所示。
實(shí)施例5首先在磁性材料吸附處理系統(tǒng)中對(duì)污水進(jìn)行吸附磁性材料的處理，然后在飽和磁性 材料吸附劑的洗脫再生系統(tǒng)中對(duì)飽和磁性材料吸附劑進(jìn)行洗脫再生處理，洗脫再生出的 Fe304/CS磁性材料吸附劑再在磁性材料吸附處理系統(tǒng)中重復(fù)使用，通過進(jìn)水管(I)向反應(yīng) 罐(2)內(nèi)輸入初始濃度為50g 200mg/L的PCP-Na溶液，反應(yīng)罐(2)內(nèi)加入鹽酸和氫氧化鈉 溶液，調(diào)節(jié)反應(yīng)罐(2)內(nèi)PCP-Na溶液的pH值達(dá)到6. (Til. O后，打開控制裝置(6)，通過吸 附劑投加管(5)向反應(yīng)罐(2)內(nèi)加入150g 400g Fe304/CS吸附劑。啟動(dòng)電動(dòng)攪拌漿(3)，充 分?jǐn)嚢璺磻?yīng)罐(2)內(nèi)的液體，電動(dòng)攪拌漿(3)的攪拌速率為250rpm，反應(yīng)罐(2)的溫度分別 為 25°C、35°C 以及 45°C。
反應(yīng)罐(2)內(nèi)的液體吸附反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉電動(dòng)攪拌漿(3)，啟動(dòng)開合式罐底(4) 內(nèi)的吸盤式電磁鐵，根據(jù)電磁轉(zhuǎn)換原理，開合式罐底(4)內(nèi)的吸盤式電磁鐵在通電狀態(tài)下 產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁吸力，待飽和磁性材料吸附劑被迅速吸到反應(yīng)罐(2)的罐底的開合式罐底(4)上。
啟動(dòng)抽水泵(9)，經(jīng)吸附反應(yīng)后的溶液通過出水管(8)輸送出反應(yīng)罐(2)，關(guān)閉開 合式罐底(4)內(nèi)的吸盤式電磁鐵電源，停止吸附作業(yè)。開啟密封鉸鏈(10)，反應(yīng)罐(2)的罐 底部打開，飽和磁性材料吸附劑導(dǎo)入反應(yīng)罐(2)下面的飽和磁性材料吸附劑收集斗(7)內(nèi)， 如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示。
實(shí)施例6將飽和磁性材料吸附劑導(dǎo)入飽和磁性材料吸附劑的洗脫再生系統(tǒng)，實(shí)施洗脫再生處 理，在洗脫交換柱(13)內(nèi)的底部設(shè)置承托層，承托層采用粒徑6 7mm的玻璃珠，打開吸附劑 控制裝置(12)，把飽和磁性材料吸附劑收集斗(7)內(nèi)的飽和磁性材料吸附劑通過吸附劑進(jìn) 料管(11)輸入到洗脫交換柱(13)內(nèi)，把甲醇和O. 5 1. 5mol/L的NaOH溶液按體積比1:1混 合成洗脫液，通過蠕動(dòng)泵(15)經(jīng)洗脫液進(jìn)水管(14)在洗脫交換柱(13)內(nèi)自下而上流經(jīng)填 有飽和磁性材料吸附劑，洗脫液的流速為5 40mL/h。
定時(shí)從洗脫液出水管(16)處的取樣口(17)對(duì)洗脫液取樣，并測(cè)定洗脫液中 PCP-Na的濃度，當(dāng)PCP-Na的濃度低于50mg/L時(shí)，洗脫液從洗脫交換柱(13)的上部通過洗 脫液循環(huán)管(18)由洗脫交換柱(13)的底部進(jìn)入洗脫交換柱(13)內(nèi)，反復(fù)循環(huán)，當(dāng)洗脫液中 PCP-Na的濃度達(dá)到一個(gè)最高值時(shí)，飽和的洗脫液從洗脫液排水管(19)排出，依次往復(fù)循環(huán) 洗脫。
當(dāng)PCP-Na的濃度低于5mg/L，結(jié)束飽和磁性材料吸附劑的洗脫再生反應(yīng)，收集磁 性材料吸附劑，并烘干保存，送入磁性材料吸附處理系統(tǒng)重復(fù)利用，如圖1、圖2、圖3、圖4、 圖5、圖7所示。
權(quán)利要求
1.一種Fe304/CS磁性材料吸附劑，其特征在于Fe304/CS磁性材料吸附劑由一步溶劑熱法合成，其形貌表現(xiàn)為單分散的絨球體，幾乎無團(tuán)聚現(xiàn)象，直徑介于IOOnm到200nm之間， 比表面積為32. 18m2/g，F(xiàn)e304/CS吸附脫除水中五氯酚鈉(PCP-Na)的吸附過程在30min以內(nèi)就迅速實(shí)現(xiàn)了吸附平衡，且在近常溫(25°C)和酸堿度接近一般水體的中性偏酸性條件 (pH=6. 5)下獲得最大的五氯酚鈉(PCP-Na)脫除率(91. 5%)。
2.一種制作權(quán)利要求1所述的Fe304/CS磁性材料吸附劑的制備方法，其特征是在100L 攪拌機(jī)中加入200g l. 6kg無水FeCl3和40L乙二醇,經(jīng)攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢韬?，溶液呈均勻透明的紅棕色溶液；在透明的紅棕色溶液中加入O. 9kg 7. 2kg醋酸鈉和O. 2^5. Okg殼聚糖，繼續(xù)攪拌30min，形成紅棕色的懸濁勻漿；把懸濁勻漿導(dǎo)入50L帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，調(diào)節(jié)反應(yīng)釜的溫度為200°C，反應(yīng)12h之后關(guān)閉反應(yīng)釜電源，待反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，獲得黑色懸濁液，借助磁場(chǎng)分離出黑色固體，把黑色固體導(dǎo)入洗滌系統(tǒng)中，用無水乙醇洗滌數(shù)遍，最后將黑色固體置于60°C干燥箱中烘干至恒重，獲得黑色粉末，將黑色粉末放入干燥器中儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?br> 3.一種利用權(quán)利要求1所述的Fe3CVCS磁性材料吸附劑的污水處理方法，其特征是由磁性材料吸附處理系統(tǒng)和飽和磁性材料吸附劑的洗脫再生系統(tǒng)組成，吸附處理系統(tǒng)由進(jìn)水管(I)、反應(yīng)罐(2)、電動(dòng)攪拌漿(3)、開合式罐底(4)、吸附劑投加管(5)、控制裝置(6)、飽和磁性材料吸附劑收集斗(7)、出水管(8)、抽水泵(9)和密封鉸鏈(10)組成，反應(yīng)罐(2)整體為桶狀，桶內(nèi)呈中空，容量至少200L，反應(yīng)液體由進(jìn)水管(I)進(jìn)入反應(yīng)罐(2)，反應(yīng)罐(2) 頂端部安設(shè)吸附劑投加管(5)和控制裝置(6)，控制裝置(6)控制吸附劑投加管(5)投入量， 反應(yīng)罐(2)內(nèi)安設(shè)電動(dòng)攪拌漿(3)，電動(dòng)攪拌漿(3)攪拌投入反應(yīng)罐(2)內(nèi)反應(yīng)液體；反應(yīng)罐(2)的上部安設(shè)出水管(8)和抽水泵(9)，出水管(8)的一端部插入反應(yīng)罐(2)內(nèi)，出水管 (8)的另一端部與抽水泵(9)相連接，通過出水管(8)和抽水泵(9)抽出反應(yīng)罐(2)內(nèi)經(jīng)處理后的反應(yīng)液體，反應(yīng)罐(2)的下部安設(shè)進(jìn)水管(1)，通過進(jìn)水管(I)向反應(yīng)罐內(nèi)輸入需要處理的污水；反應(yīng)罐(2)的底部安設(shè)開合式罐底(4)，開合式罐底(4)通過密封鉸鏈(10)與反應(yīng)罐(2)密封連接，開合式罐底(4)內(nèi)安設(shè)吸盤式吸盤式電磁鐵，接通電源后飽和磁性材料吸附劑吸附到開合式罐底(4)上，反應(yīng)罐(2)的下面與反應(yīng)罐(2)相對(duì)應(yīng)處安設(shè)飽和磁性材料吸附劑收集斗(7)，飽和磁性材料吸附劑收集斗(7)收集飽和磁性材料吸附劑，打開反應(yīng)罐(2)的開合式罐底(4)放出飽和吸附劑進(jìn)入飽和磁性材料吸附劑收集斗(7)；飽和磁性材料吸附劑的洗脫再生系統(tǒng)由吸附劑進(jìn)料管(11)、吸附劑控制裝置(12)、洗脫交換柱(13)、洗脫液進(jìn)水管(14)、蠕動(dòng)泵(15)、洗脫液出水管(16)、取樣口(17)、洗脫液循環(huán)管(18)和洗脫液排水管(19)組成，洗脫交換柱(13)整體為桶狀，桶內(nèi)呈中空，洗脫交換柱(13)頂端部安設(shè)吸附劑進(jìn)料管(11)和吸附劑控制裝置(12)，吸附劑控制裝置(12)控制吸附劑進(jìn)料管(11)向洗脫交換柱(13)內(nèi)投放吸附劑的量；洗脫交換柱(13)的上部安設(shè)洗脫液出水管(16)、取樣口( 17)和洗脫液排水管(19)，洗脫液出水管(16)的一端部與洗脫交換柱(13)相連接，洗脫液出水管(16)的另一端部與取樣口(17)相連接，取樣口(17)與洗脫液排水管(19)相連接；洗脫交換柱(13)的底部安設(shè)洗脫液進(jìn)水管(14)，洗脫液進(jìn)水管 (14)的一端部與洗脫交換柱(13)的底部相連接，洗脫液進(jìn)水管(14)的另一端部與洗脫液循環(huán)管(18)相連接，洗脫液進(jìn)水管(14)上安設(shè)蠕動(dòng)泵(15)，洗脫液循環(huán)管(18)與洗脫液排水管(19)相連接，驅(qū)動(dòng)蠕動(dòng)泵(15)把洗脫液循環(huán)管(18)內(nèi)的洗脫液向洗脫交換柱(13)內(nèi)輸送，洗脫交換柱(13)內(nèi)底部設(shè)置承托層，承托層采用粒徑6 7_的玻璃珠；首先在磁性材料吸附處理系統(tǒng)中對(duì)污水進(jìn)行吸附磁性材料的處理，然后在飽和磁性材料吸附劑的洗脫再生系統(tǒng)中對(duì)飽和磁性材料吸附劑進(jìn)行洗脫再生處理，洗脫再生出的 Fe304/CS磁性材料吸附劑再在磁性材料吸附處理系統(tǒng)中重復(fù)使用，通過進(jìn)水管(I)向反應(yīng)罐(2)內(nèi)輸入初始濃度為5(T200mg/L的PCP-Na溶液，反應(yīng)罐(2)內(nèi)加入鹽酸和氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)反應(yīng)罐(2)內(nèi)PCP-Na溶液的pH值達(dá)到6. (Til. O后，打開控制裝置(6)，通過吸附劑投加管(5)向反應(yīng)罐(2)內(nèi)加入150g 400g Fe304/CS吸附劑；啟動(dòng)電動(dòng)攪拌漿(3)，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)罐(2)內(nèi)的液體，電動(dòng)攪拌漿(3)的攪拌速率為 250rpm，反應(yīng)罐(2)的溫度分別為25°C、35°C以及45°C ； 反應(yīng)罐(2)內(nèi)的液體吸附反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉電動(dòng)攪拌漿(3)，啟動(dòng)開合式罐底(4)內(nèi)的吸盤式電磁鐵，根據(jù)電磁轉(zhuǎn)換原理，開合式罐底(4)內(nèi)的吸盤式電磁鐵在通電狀態(tài)下產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁吸力，待飽和磁性材料吸附劑被迅速吸到反應(yīng)罐(2 )的罐底部的開合式罐底(4) 上；啟動(dòng)抽水泵(9)，經(jīng)吸附反應(yīng)后的溶液通過出水管(8)輸送出反應(yīng)罐(2)，關(guān)閉開合式罐底(4)內(nèi)的吸盤式電磁鐵電源，停止吸附作業(yè)；開啟密封鉸鏈(10)，反應(yīng)罐(2)的開合式罐底(4)打開，飽和磁性材料吸附劑導(dǎo)入反應(yīng)罐(2)下面的飽和磁性材料吸附劑收集斗(7) 內(nèi)；將飽和磁性材料吸附劑導(dǎo)入飽和磁性材料吸附劑的洗脫再生系統(tǒng)，實(shí)施洗脫再生處理，在洗脫交換柱(13)內(nèi)的底部設(shè)置承托層，承托層采用粒徑6 7mm的玻璃珠，打開吸附劑控制裝置(12)，把飽和磁性材料吸附劑收集斗(7)內(nèi)的飽和磁性材料吸附劑通過吸附劑進(jìn)料管(11)輸入到洗脫交換柱(13 )內(nèi)，把甲醇和O. 5^1. 5mol/L的NaOH溶液按體積比1:1混合成洗脫液，通過蠕動(dòng)泵(15)經(jīng)洗脫液進(jìn)水管(14)自下而上流經(jīng)填有飽和磁性材料吸附劑的洗脫交換柱(13)，洗脫液的流速為5 40mL/h ；定時(shí)從洗脫液出水管(16)處的取樣口( 17)對(duì)洗脫液取樣，并測(cè)定洗脫液中PCP-Na的濃度，當(dāng)PCP-Na的濃度低于50mg/L時(shí)，洗脫液從洗脫交換柱(13)的上部的洗脫液出水管 (16)通過洗脫液循環(huán)管(18)由洗脫交換柱(13)的底部進(jìn)入洗脫交換柱(13)內(nèi)，反復(fù)循環(huán)， 當(dāng)洗脫液中PCP-Na的濃度達(dá)到一個(gè)最高值時(shí)，飽和的洗脫液從洗脫液排水管(19)排出，依次往復(fù)循環(huán)洗脫；經(jīng)過幾輪循環(huán)洗脫后當(dāng)PCP-Na的濃度低于5mg/L，結(jié)束飽和磁性材料吸附劑的洗脫再生反應(yīng)，收集磁性材料吸附劑，并烘干保存，送入磁性材料吸附處理系統(tǒng)重復(fù)利用。
全文摘要
本發(fā)明是Fe3O4/CS磁性材料吸附劑及制備方法和污水處理方法。Fe3O4/CS磁性材料吸附劑由一步溶劑熱法合成，其形貌表現(xiàn)為單分散的絨球體，幾乎無團(tuán)聚現(xiàn)象，直徑介于100nm到200nm之間，比表面積為32.18m2/g，F(xiàn)e3O4/CS吸附脫除水中五氯酚鈉(PCP-Na)的吸附過程在30min以內(nèi)就迅速實(shí)現(xiàn)了吸附平衡，且在近常溫(25℃)和酸堿度接近一般水體的中性偏酸性條件(pH=6.5)下獲得最大的五氯酚鈉(PCP-Na)脫除率(91.5%)，體現(xiàn)了本發(fā)明Fe3O4/CS吸附脫除水中實(shí)現(xiàn)吸附平衡，吸附脫除PCP-Na的高效性，且具有實(shí)際應(yīng)用的可行性和優(yōu)越性，既實(shí)現(xiàn)了吸附劑的重復(fù)利用，也改善了吸附催化劑不便于回收從而造成的浪費(fèi)和二次污染。
文檔編號(hào)C02F101/36GK103041777SQ20131003146
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者楊慧, 劉瑜, 于宏兵, 趙揚(yáng), 劉小川 申請(qǐng)人:天津市水利科學(xué)研究院