專利名稱：重金屬改性生物吸附劑及其制備方法和在處理含鎢廢水中的應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微生物應用領(lǐng)域和廢水處理領(lǐng)域，具體為重金屬改性生物吸附劑及其制備方法和在處理含鎢廢水中的應用。
背景技術(shù)：
鎢屬于稀有金屬，具有高熔點，高硬度的特點，廣泛應用于冶金、機械、石油、礦山、電子及航空航天等各個領(lǐng)域。特別是十八大會議后，各個鎢冶煉企業(yè)面臨著企業(yè)轉(zhuǎn)型升級、淘汰環(huán)保不達標企業(yè)和廠房，而開發(fā)無污染冶金工藝方面有其特殊的優(yōu)勢。用堿分解鎢礦時，礦物中的重金屬離子等也隨同進人粗鎢酸鈉溶液中，在鎢的離子交換純化時隨其交換后液進人廢水中，隨后在用解吸劑把鎢從樹脂中解脫后洗滌交換柱時，會產(chǎn)生大量的含重金屬離子廢水，目前APT生產(chǎn)廠家對此類廢水多返回浸出利用，結(jié)果導致廢水中重金屬雜質(zhì)含量升高，直接影響APT的純度和后續(xù)鎢基合金新材料的制備性能。因此開發(fā)研究高效、清潔、價廉易回用的新型除雜試劑迫在眉睫。目前，已有研究者運用柑橘渣、蘋果渣、柿子粉等水果殘渣來吸附去除水中的重金屬離子，并在水果殘渣的化學改性方面做了大量工作。水果殘渣富含的大量果膠、單寧等物質(zhì)，可對溶液中的重金屬離子進行吸附。藻類是一種對重金屬離子有著良好富集作用的植物，可廣泛運用于重金屬污染水域的治理以及工業(yè)污水的處理之中，還可以用于回收有價金屬離子。但直接采用水果殘渣來作吸附劑存在吸附容量小、性能不穩(wěn)定、吸附平衡難以達到等缺點，主要是由于其中的水溶性成分、非果膠、單寧成分較多以及活性基團裸露較少等緣故；另外，含果膠類物質(zhì)作為一種天然吸附劑，可以一定程度吸附溶液中的重金屬離子，但果膠的強烈水合作用卻妨礙它的直接應用，因此必須對其進行化學改性處理。對生物吸附的進一步研究表明，對水果殘渣進行化學修飾，可以使果膠和單寧的活性提高，吸附重金屬的能力增強；對果渣進行交聯(lián)處理，可以減弱果膠的水合特性，改善其對重金屬的吸附性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種吸附能力強的重金屬改性生物吸附劑，相應提供一種制備該重金屬改性生物吸附劑的方法，還提供了一種該重金屬改性生物吸附劑處理含鎢廢水的方法。本發(fā)明以水藻和水果殘渣等生物吸附劑作為基體材料，以鎢冶煉企業(yè)的廢水和污染水域為目標對象，以配位化學、分子結(jié)構(gòu)理論、吸附理論為指導，以化學改性為手段，“量體裁衣”設計活性集團，來合成高吸附容量的高效生物吸附劑，實現(xiàn)生物吸附劑高效利用、重金屬污染廢水凈化以及重金屬回收利用多重功效的目的。本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
一種重金屬改性生物吸附劑，是由依次經(jīng)過皂化、皂化交聯(lián)、接枝共聚、硫基配合和黃原酸化改性處理后的水藻或水果殘渣組成。本發(fā)明相應的提供了一種制備重金屬改性生物吸附劑的方法，包括以下步驟: 以一定質(zhì)量的水果殘渣廢料或水藻為原料，經(jīng)過清洗、烘干、磨細和過篩后，依次經(jīng)過
皂化、皂化交聯(lián)、接枝共聚、硫基配合和黃原酸化改性處理，再向橘子皮中引入吸附金屬離子的活性基團，從而達到提高其吸附能力的目標。本發(fā)明還相應的提供了利用上述重金屬改性生物吸附劑處理含鎢廢水的方法，包括以下步驟:
采用單瓶分批及柱吸附連續(xù)兩種方式進行研究，配制含各種重金屬離子的模型溶液，包括砷、鎘、鉛、銅、鋅等，采用單瓶恒溫振蕩法測定重金屬離子吸附的靜態(tài)行為，包括負載容量、吸附條件的影響規(guī)律(如溶液PH值、初始濃度、吸附劑用量、溫度、接觸時間、共存離子的競爭吸附等)、吸附的選擇性、吸附的動力學等；動態(tài)柱吸附過程測定繪制吸附劑在交換柱中吸附各種重金屬離子的流出曲線，了解吸附過程動態(tài)行為的特征；解吸過程采用不同體系及不同濃度的溶液進行反洗，把重金屬離子從吸附劑上轉(zhuǎn)移下來，考察生物吸附劑的解吸能力及重金屬離子的富集行為。本發(fā)明的創(chuàng)新點
(I)創(chuàng)新生物吸附劑制備工藝，形成重金屬廢水生物吸附新方法以水溶液金屬離子為目標對象，對水藻、水果殘渣等生物吸附劑進行化學改性設計及針對性處理，獲得高吸附容量的高效生物吸附劑。該方法為重金屬廢水治理新方法，具備原料來源廣泛，成本低廉，效果優(yōu)良，操作簡單，且不會產(chǎn)生二次污染的優(yōu)點。(2)通過改性吸附劑應用研究，實現(xiàn)資源循環(huán)利用
采用原料為南方常見的水藻以及廢棄水果殘渣，原料廉價易得，變廢為寶，處理贛州鎢冶煉企業(yè)的含重金屬離子廢水，治理贛州水域的重金屬污染，以廢治廢，實現(xiàn)資源循環(huán)利用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明以水藻和水果殘渣作為原料，首先采用簡單的化學方法對其進行改性，改變其表面結(jié)構(gòu)和表面活性官能團數(shù)量，然后加入鎢冶煉廢水中進行金屬離子的吸附過程，吸附過程之后進行過濾，濾渣用來回收利用其中的金屬，廢水經(jīng)過處理達到排放要求。該處理技術(shù)具有過程簡單可控、自動化程度高、金屬回收率高、輔料消耗少、工藝流程短、設備簡單、生產(chǎn)效率高，處理過程成本低。該技術(shù)主要分為生物吸附劑的改性過程和改性生物吸附劑的污水處理過程。改性過程分為氣相改性和液相改性，此處主要為液相改性，根據(jù)不同的需求，改性可以在不同的改性試劑和不同的液相環(huán)境中進行，然后經(jīng)過過濾干燥，可以得到所需微觀結(jié)構(gòu)和活性基團的改性吸附劑。然后將吸附劑加入污水中攪拌振蕩，然后過濾回收其中的金屬離子。此法具有相當?shù)膬?yōu)勢，整個過程穩(wěn)定可控，改性吸附劑吸附效果好。與其他傳統(tǒng)方法相比，該法具有以下優(yōu)點:
I)適應性廣，能在不同pH、溫度及加工過程下操作。改性生物吸附劑具有很強的適應性，能夠在各種環(huán)境下進行廢水中金屬離子吸附，且穩(wěn)定性強，對于廢水處理有良好的應用性。2)選擇性高，能從溶液中吸附重金屬離子而不受堿金屬離子的干擾。除了適應性廣，改性生物吸附劑的表面活性基團對于重金屬離子的吸附有很高的選擇性，不會受到其他雜質(zhì)離子的影響，從而方便金屬離子的后續(xù)回收利用。3)金屬離子濃度影響小。改性生物吸附劑對于金屬離子的吸附原理是其表面的活性基團對金屬離子的吸附力，所以無論廢水中金屬離子濃度的是多少，改性吸附劑都會有很良好的效果。4)再生能力強、步驟簡單，再生后吸附能力無明顯降低。吸附過金屬離子的活性生物吸附劑的再生能力強，再生步驟簡單，易于操作，可多次重復循環(huán)使用。5)改性生物吸附劑技術(shù)及其設備通用性高，適合處理多種溶液，原料適應性廣，通過調(diào)整反應條件實現(xiàn)產(chǎn)品多樣化，制造成本比傳統(tǒng)工藝大幅度降低，產(chǎn)業(yè)化前景好。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、工作流程、使用方法達成目的與功效易于明白了解，下面進一步闡述本發(fā)明。以橘子皮吸附重金屬離子的反應機理為例，具體的技術(shù)路線為:以一定質(zhì)量的天然橘子皮廢料為原料，經(jīng)過清洗、烘干、磨細和過篩后，依次經(jīng)過皂化、皂化交聯(lián)、接枝共聚、硫基配合和黃原酸化改性處理后，再向橘子皮中引入吸附金屬離子的活性基團，從而可以提高其吸附能力。吸附劑制備過程中成分結(jié)構(gòu)及改性表征采用紅外光譜、紫外光譜、核磁共振等儀器分析進行，溶液中離子行為采用溶液平衡分析結(jié)合等離子光譜、紅外光譜分析等進行；結(jié)合溶液性質(zhì)以及其中金屬離子結(jié)構(gòu)特征，調(diào)整后續(xù)采用生物吸附劑待處理的溶液；后續(xù)按照吸附劑與待處理溶液的固定配比，可添加適當?shù)拇呋瘎?，采用單瓶恒溫振蕩法或動態(tài)柱吸附法進行吸附試驗。試驗過程中需要對其吸附平衡及吸附過程動力學研究，可采用原子吸收光譜等通過測定溶液中金屬離子濃度變化來推演得出，采用單瓶恒溫振蕩法測定重金屬離子吸附的靜態(tài)行為，包括負載容量、吸附條件的影響規(guī)律(如溶液PH值、初始濃度、吸附劑用量、溫度、接觸時間、共存離子的競爭吸附等)、吸附的選擇性、吸附的動力學等；動態(tài)柱吸附過程測定繪制吸附劑在交換柱中吸附各種重金屬離子的流出曲線，了解吸附過程動態(tài)行為的特征；解吸過程采用不同體系及不同濃度的溶液進行反洗，把重金屬離子從吸附劑上轉(zhuǎn)移下來，以了解生物吸附劑的解吸能力及重金屬離子的富集行為；通過吸附過程平衡及動力學研究，進行歸納總結(jié)，得出適用工業(yè)化應用的技術(shù)調(diào)控參數(shù)。本項目擬對整個技術(shù)路線中的各項參數(shù)進行定量測定，根據(jù)制備的生物吸附劑對溶液中重金屬處理效果，確定最佳參數(shù)。此外，針對整個過程進行吸附平衡、吸附動力學、吸附容量、吸附機理、吸附選擇性以及多金屬溶液體系等影響因素進行詳盡研究，并用各種現(xiàn)代化分析手段對過程中不同階段吸附行為進行表征分析，包括其溶液成分、共存離子結(jié)構(gòu)特征、流出曲線、不同體系和濃度下金屬解析能力及富集行為等。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明的要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種重金屬改性生物吸附劑，其特征在于:是由依次經(jīng)過皂化、皂化交聯(lián)、接枝共聚、硫基配合和黃原酸化改性處理后的水藻或水果殘渣組成。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述的重金屬改性生物吸附劑的方法，包括以下步驟: 以一定質(zhì)量的水果殘渣廢料或水藻為原料，經(jīng)過清洗、烘干、磨細和過篩后，依次經(jīng)過皂化、皂化交聯(lián)、接枝共聚、硫基配合和黃原酸化改性處理，再向橘子皮中引入吸附金屬離子的活性基團。
3.一種利用如權(quán)利要求1所述的重金屬改性生物吸附劑或如權(quán)利要求2所述的制備方法制備的重金屬改性生物吸附劑處理含鎢廢水的方法，包括以下步驟: 采用單瓶分批及柱吸附連續(xù)兩種方式進行研究，配制含各種重金屬離子的模型溶液，包括砷、鎘、鉛、銅、鋅等，采用單瓶恒溫振蕩法測定重金屬離子吸附的靜態(tài)行為，包括負載容量、吸附條件的影響規(guī)律、吸附的選擇性、吸附的動力學等；動態(tài)柱吸附過程測定繪制吸附劑在交換柱中吸附各種重金屬離子的流出曲線，了解吸附過程動態(tài)行為的特征；解吸過程采用不同體系及不同濃度的溶液進行反洗，把重金屬離子從吸附劑上轉(zhuǎn)移下來，考察生物吸附劑的解吸能力及重金屬離子的富集行為。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種重金屬改性生物吸附劑及其制備方法和在處理含鎢廢水中的應用。一種重金屬改性生物吸附劑，是由依次經(jīng)過皂化、皂化交聯(lián)、接枝共聚、硫基配合和黃原酸化改性處理后的水藻或水果殘渣組成。其制備方法包括以下步驟以一定質(zhì)量的水果殘渣廢料或水藻為原料，經(jīng)過清洗、烘干、磨細和過篩后，依次經(jīng)過皂化、皂化交聯(lián)、接枝共聚、硫基配合和黃原酸化改性處理，再向橘子皮中引入吸附金屬離子的活性基團，從而達到提高其吸附能力的目標。本發(fā)明還相應的提供了利用上述重金屬改性生物吸附劑處理含鎢廢水的方法。該重金屬改性生物吸附劑具有良好的吸附效果，制備方法簡單、易于實施、成本低、效率高。
文檔編號C02F1/28GK103170313SQ201310105958
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者郭學益, 田慶華, 肖民, 楊英 申請人:贛縣世瑞新材料有限公司