專利名稱：一種利用電鍍廢水和印染廢水合成有機(jī)水滑石的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境污染控制新材料的開發(fā)，尤其涉及一種利用電鍍廢水和印染廢水合成有機(jī)水滑石的方法。
背景技術(shù)：
電鍍工廠(或車間)排出的廢水和廢液，如鍍件漂洗水、廢槽液、設(shè)備冷卻水和沖洗地面水等，其水質(zhì)因生產(chǎn)工藝而異，往往含油多種金屬離子，一般來說，常含有Cr6+、Cd2+、 Ni2+、Cu2+、Zn2+、Fe2+等重金屬；電鍍廢水多有毒，危害較大。如氰可引起人畜急性中毒，致死，低濃度長(zhǎng)期作用也能造成慢性中毒。鎘可使腎臟發(fā)生病變，并會(huì)引起痛痛病。六價(jià)鉻可引起肺癌、腸胃道疾病和貧血，并會(huì)在骨、脾和肝臟內(nèi)蓄積。因此，電鍍廢水必須嚴(yán)格控制， 妥善處理。
合成染料具有復(fù)雜的芳香烴分子結(jié)構(gòu)，種類繁多，難以生物降解。某些染料或其降解產(chǎn)物具有強(qiáng)烈的致癌、致畸、致突變效應(yīng)，因而染料污染的水體處理已成為有待解決的難題之一。據(jù)報(bào)道，商業(yè)染料約有I萬種，每年染料的總產(chǎn)量為60萬噸，我國年產(chǎn)量已達(dá)15 萬噸，生產(chǎn)過程中大約有10°/Γ20%的染料會(huì)直接隨水排入環(huán)境。染料廢水往往具有色度高、 毒性大等特點(diǎn)。印染過程中用量最大的活性染料就是陰離子染料，其在廢水中存在的量也最大，處理較為困難。
層狀雙輕基復(fù)合金屬氧化物(Layered Double Hydroxides,簡(jiǎn)稱LDH),又稱水滑石，是一類重要的無機(jī)功能材料。其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)及層板元素和層間陰離子的可調(diào)變性受到人們的廣泛關(guān)注，經(jīng)離子交換向?qū)娱g引入新的客體陰離子可使層狀結(jié)構(gòu)和組成產(chǎn)生相應(yīng)的變化，因而可以制備一大類具有特殊性質(zhì)的功能材料。水滑石材料屬于陰離子型層狀化合物。層狀化合物是指具有層狀結(jié)構(gòu)、層間離子具有可交換性的一類化合物，利用層狀化合物主體在強(qiáng)極性分子作用下所具有的可插層性和層間離子的可交換性，將一些功能性客體物質(zhì)引入層間空隙并將層板距離撐開從而形成層柱化合物。
水滑石化學(xué)結(jié)構(gòu)通式為[M2YxM3+X_2Γ [(Α11— )χ/η·πιΗ20]，其中M2+為Mg2+，Ni2+， Mn2+，Zn2+，Ca2+，F(xiàn)e2+，Cu2+ 等二價(jià)金屬陰離子；M3+ 為 Al3+，Cr3+，F(xiàn)e3+，Co3+ 等三價(jià)金屬陰離子； Α11—為陰離子，如C032—，NO3' CF, OH—，S042—，PO,，C6H4 (COO) 22-等無機(jī)和有機(jī)離子以及絡(luò)合離子，當(dāng)層間無機(jī)陰離子不同，水滑石的層間距不同，同時(shí)在水滑石吸附污染物之后，層間距也會(huì)增大，以容納更多的污染物。
目前，水滑石類材料的合成方法主要有鹽-堿法、鹽-氧化物法和離子交換法，還衍生出誘導(dǎo)水解法、水熱法、熱處理重新水合法等。其中最常用的方法是共沉淀法，即在一定溫度下用構(gòu)成水滑石層的金屬離子混合溶液在堿的作用下發(fā)生共沉淀來制備。該方法簡(jiǎn)單易操作，是常用的制備方法，該方法中需要利用一定量的二價(jià)金屬離子和三價(jià)金屬離子， 從經(jīng)濟(jì)的角度來看增加了投入；從治理環(huán)境的角度來看合成的過程中增加了廢水的產(chǎn)生, 對(duì)環(huán)境治理提出了新的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)中制備有機(jī)水滑石并用于有機(jī)廢水處理的不足，提供一種利用電鍍廢水和印染廢水合成有機(jī)水滑石的方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是依次包括如下步驟
I)將電鍍廢水和印染廢水分別過濾去除固體顆粒，根據(jù)電鍍生產(chǎn)工藝分析其中存在的離子，添加適當(dāng)?shù)慕饘訇栯x子，或?qū)⒍喾N電鍍廢水混合，保證二價(jià)離子的摩爾濃度是三價(jià)離子的摩爾濃度的2 4倍；
2)向電鍍廢水中滴加50% 70%的KOH溶液，持續(xù)200 300 rpm攪拌，當(dāng)無沉淀再生成，停止滴加KOH溶液，分離沉淀物；
3)將分離后的沉淀物制成懸濁液，固液質(zhì)量比為I :4 1 :8，向該懸濁液中繼續(xù)滴加50% 70%的KOH溶液，直至pH值至10 13為止，滴加時(shí)在300 400 rpm下攪拌，滴加完成后懸濁液在室溫下老化24 48 h，分離沉淀物；將該沉淀物加入到印染廢水中，固液質(zhì)量比為I :1000 1 :5000，在300 400 rpm轉(zhuǎn)速下攪拌:T4 h，分離沉淀物，在7(T90°C下烘干，印染廢水中的陰離子染料則進(jìn)入水滑石層間，即制備成有機(jī)水滑石。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是利用電鍍廢水中的金屬離子和印染廢水中的陰離子，同時(shí)制備具有廣泛應(yīng)用范圍的有機(jī)水滑石，實(shí)現(xiàn)廢物利用，并能去除電鍍廢水中的重金屬，和印染廢水中的陰離子染料，合成得到的有機(jī)水滑石雖然含有多種金屬，不能滿足高層次的(比如醫(yī)藥化工方面)的需要，但作為有水滑石結(jié)構(gòu)的材料來講可以作為吸附材料，繼續(xù)用于環(huán)境治理。
具體實(shí)施例方式將電鍍廢水和印染廢水分別過濾去除固體顆粒，根據(jù)電鍍生產(chǎn)工藝分析其中可能存在的離子，添加適當(dāng)?shù)慕饘訇栯x子，或?qū)⒍喾N電鍍廢水混合，保證二價(jià)的摩爾離子濃度是三價(jià)離子的摩爾濃度的21倍，如果只有二價(jià)金屬陽離子，則加入少量三價(jià)金屬陽離子(如比較便宜的Al3+、Fe3+)，如果只有三價(jià)金屬陽離子，則加入少量二價(jià)金屬陽離子(如比較便宜的Mg2+、Fe2+)，如果已經(jīng)有二價(jià)金屬陽離子和三價(jià)金屬陽離子，則考察一下濃度，確保二者的濃度比符合上述范圍。向電鍍廢水中快速滴加50% 70%的KOH溶液，持續(xù)200 300 rpm攪拌，金屬離子在堿作用下發(fā)生沉淀，當(dāng)堿液增加無沉淀再生成，停止滴加KOH溶液，分離沉淀物；分離后的沉淀物無需烘干，制成懸濁液，固液比為I :4 1 8 (質(zhì)量比)，向該懸濁液中繼續(xù)滴加50% 70%的KOH溶液，直至pH值至10 13為止，滴加時(shí)在300 400 rpm下快速攪拌，滴加完成后懸濁液在室溫下老化24 48 h，分離沉淀物，在該過程中，金屬離子在堿性條件下生成水滑石；將該沉淀物加入到印染廢水中，固液比為I :100(Tl =5000,300^400 rpm轉(zhuǎn)速下攪拌3 4 h，分離沉淀物，在7(T90°C下烘干，印染廢水中的陰離子染料則進(jìn)入水滑石層間，即制備成有機(jī)水滑石。以下進(jìn)一步提供本發(fā)明的3個(gè)實(shí)施例
實(shí)施例I
將電鍍廢水和印染廢水分別過濾去除固體顆粒，根據(jù)生產(chǎn)工藝分析，電鍍廢水中含有Ni2+和Cu2+，加入少量Al3+，使二價(jià)離子濃度是三價(jià)離子濃度的2倍；向電鍍廢水中快速滴加50%的KOH溶液，持續(xù)200 rpm攪拌，金屬離子在堿作用下發(fā)生沉淀，當(dāng)堿液無沉淀再生成，停止滴加KOH溶液，分離沉淀物；分離后的沉淀物無需烘干，制成懸濁液，固液比為I :4(質(zhì)量比)，向該懸濁液中繼續(xù)滴加50%的KOH溶液，直至pH值至10為止，滴加時(shí)在300 rpm下快速攪拌，滴加完成后懸濁液在室溫下老化24h，分離沉淀物，在該過程中，金屬離子在堿性條件下生成水滑石；將該沉淀物加入到印染廢水中，固液比為I :1000，在300rpm轉(zhuǎn)速下攪拌3 h，分離沉淀物，在70°C下烘干，印染廢水中的陰離子染料則進(jìn)入水滑石層間，即制備成有機(jī)水滑石。將該有機(jī)水滑石粉末用于處理含15mg/L的對(duì)硝基苯的有機(jī)廢水，每克有機(jī)水滑石對(duì)應(yīng)的所處理的廢水體積約為I L，快速攪拌60分鐘；反應(yīng)產(chǎn)物在沉淀池停留30分鐘，固液分離，紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定上清液濃度，污染物去除率為97. 8%。實(shí)施例2
將電鍍廢水和印染廢水分別過濾去除固體顆粒，根據(jù)生產(chǎn)工藝分析，電鍍廢水中含有Fe3+和Al3+，加入少量Mg2+，使二價(jià)離子濃度是三價(jià)離子濃度的4倍；向電鍍廢水中快速滴加70%的KOH溶液,持續(xù)300 rpm攪拌,金屬離子在堿作用下發(fā)生沉淀，當(dāng)堿液無沉淀再生成，停止滴加KOH溶液，分離沉淀物；分離后的沉淀物無需烘干，制成懸濁液，固液比為I :8 (質(zhì)量比)，向該懸濁液中繼續(xù)滴加70%的KOH溶液，直至pH值至13為止，滴加時(shí)在400rpm下快速攪拌，滴加完成后懸濁液在室溫下老化48 h，分離沉淀物，在該過程中，金屬離子在堿性條件下生成水滑石；將該沉淀物加入到印染廢水中，固液比為I :5000，在400 rpm轉(zhuǎn)速下攪拌4 h，分離沉淀物，在90°C下烘干，印染廢水中的陰離子染料則進(jìn)入水滑石層間，SP制備成有機(jī)水滑石。將該有機(jī)水滑石粉末用于處理含5mg/L的對(duì)甲苯的有機(jī)廢水，每克有機(jī)水滑石對(duì)應(yīng)的所處理的廢水體積約為I L，快速攪拌60分鐘；反應(yīng)產(chǎn)物在沉淀池停留30分鐘，固液分離，紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定上清液濃度，污染物去除率為99. 1%。實(shí)施例3
將多種電鍍廢水和印染廢水分別混合，去除固體顆粒，根據(jù)生產(chǎn)工藝分析電鍍廢水中存在Ni2+、Cu2、Fe3+和Al3+，且二價(jià)離子濃度是三價(jià)離子濃度的3倍，向電鍍廢水中快速滴加60%的KOH溶液,持續(xù)350 rpm攪拌,金屬離子在堿作用下發(fā)生沉淀，當(dāng)堿液無沉淀再生成，停止滴加KOH溶液，分離沉淀物；分離后的沉淀物無需烘干，制成懸濁液，固液比為I :6 (質(zhì)量比)，向該懸濁液中繼續(xù)滴加60%的KOH溶液，直至pH值至12為止，滴加時(shí)在350rpm下快速攪拌，滴加完成后懸濁液在室溫下老化30 h，分離沉淀物，在該過程中，金屬離子在堿性條件下生成水滑石；將該沉淀物加入到印染廢水中，固液比為I :3000，在350 rpm轉(zhuǎn)速下攪拌4 h，分離沉淀物，在80°C下烘干，印染廢水中的陰離子染料則進(jìn)入水滑石層間，SP制備成有機(jī)水滑石。將該有機(jī)水滑石粉末用于處理含10 mg/L的對(duì)硝基苯酚的有機(jī)廢水，每克有機(jī)水滑石對(duì)應(yīng)的所處理的廢水體積約為I L，快速攪拌60分鐘；反應(yīng)產(chǎn)物在沉淀池停留30分鐘，固液分離，紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定上清液濃度，污染物去除率為92. 4%。
權(quán)利要求
1.一種利用電鍍廢水和印染廢水合成有機(jī)水滑石的方法，其特征是依次包括如下步驟 I)將電鍍廢水和印染廢水分別過濾去除固體顆粒，根據(jù)電鍍生產(chǎn)工藝分析其中存在的離子，添加適當(dāng)?shù)慕饘訇栯x子，或?qū)⒍喾N電鍍廢水混合，保證二價(jià)離子的摩爾濃度是三價(jià)離子的摩爾濃度的2 4倍； 2)向電鍍廢水中滴加50% 70%的KOH溶液，持續(xù)20(T300 rpm攪拌，當(dāng)無沉淀再生成，停止滴加KOH溶液，分離沉淀物； 3)將分離后的沉淀物制成懸濁液，固液質(zhì)量比為I :Γ1 8,向該懸濁液中繼續(xù)滴加50% 70%的KOH溶液，直至pH值至1(Γ13為止，滴加時(shí)在30(T400 rpm下攪拌，滴加完成后懸濁液在室溫下老化2Γ48 h，分離沉淀物；將該沉淀物加入到印染廢水中，固液質(zhì)量比為I :1000 1 :5000，在300 400 rpm轉(zhuǎn)速下攪拌Γ4 h，分離沉淀物，在7(T90°C下烘干，印染廢水中的陰離子染料則進(jìn)入水滑石層間，即制備成有機(jī)水滑石。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用電鍍廢水和印染廢水合成有機(jī)水滑石的方法，將電鍍廢水和印染廢水分別過濾去除固體顆粒，根據(jù)電鍍生產(chǎn)工藝分析其中存在的離子，保證二價(jià)離子的摩爾濃度是三價(jià)離子的摩爾濃度的2~4倍；向電鍍廢水中滴加50%~70%的KOH溶液，當(dāng)無沉淀再生成，停止滴加KOH溶液，分離沉淀物；將分離后的沉淀物制成懸濁液，固液質(zhì)量比為14~18，向該懸濁液中繼續(xù)滴加50%~70%KOH溶液，pH值至10~13為止，滴加完成后懸濁液在室溫下老化24~48h，分離沉淀物；將該沉淀物加入到印染廢水中，分離沉淀物，70~90℃下烘干，制成有機(jī)水滑石，實(shí)現(xiàn)廢物利用，有水滑石結(jié)構(gòu)的材料可作為吸附材料。
文檔編號(hào)B01J20/22GK102974310SQ20121049169
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者馬建鋒, 高琪, 姚超, 李定龍 申請(qǐng)人:常州大學(xué)