本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種用于重金屬廢水處理的復(fù)合吸附材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

重金屬不能被微生物降解，可在生物體內(nèi)富集并引起顯著毒性效應(yīng)，是一種持久性污染物。如汞、鎘、鉻、鉛、砷等嚴(yán)重危害人體健康，破壞水生態(tài)系統(tǒng)，使農(nóng)業(yè)和漁業(yè)減產(chǎn)等，造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大，成為制約我國經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和民生改善的重大問題。針對(duì)重金屬污染，人們已開發(fā)的多種水處理方法，如化學(xué)沉淀法、鐵氧體法、吸附法、離子交換法、電解法、反滲透、電滲析法、強(qiáng)化超濾法、生物法等，都存在一些缺點(diǎn)和不足：(1)有些處理成本高，如強(qiáng)化超濾法、電滲析法、化學(xué)沉淀法中的螯合沉淀法、離子交換法等；(2)有些工藝復(fù)雜、操作繁瑣，如鐵氧體法、強(qiáng)化超濾法；(3)有些處理效果達(dá)不到要求，如傳統(tǒng)化學(xué)沉淀法；(4)有些適應(yīng)性差，如生物法、電解法、鐵氧體法；(5)有些設(shè)備投資大，如反滲透、電滲析法。

與上述處理方法比較，吸附法是通過比表面積大的多孔性物質(zhì)，如活性炭、粉煤灰、活性污泥灰、沸石、生物材料、氧化錳、花生殼和高嶺土等，使重金屬離子在固體表面未平衡的分子引力或化學(xué)鍵力的作用下富集而分離。由于這些吸附劑來源廣泛且價(jià)廉，引起水處理界的廣泛重視，成為一種很有應(yīng)用前景的重金屬廢水處理方法。但這些吸附劑普遍存在吸附容量偏低，用量大，對(duì)重金屬的去除效率不夠高等問題。如果不經(jīng)有效脫附方式處理，往往會(huì)產(chǎn)生大量廢渣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、制備方便的用于重金屬廢水處理的復(fù)合吸附材料及其制備方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種用于重金屬廢水處理的復(fù)合吸附材料，由以下重量份的原料組成：高嶺土20-30份、貝殼粉15-25份、沸石粉10-20份、介孔分子篩20-40份、乙二胺四乙酸金屬鈉鹽40-60份、氯化銅70-80份、氯化鎂30-50份。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述用于重金屬廢水處理的復(fù)合吸附材料，由以下重量份的原料組成：高嶺土22-28份、貝殼粉18-22份、沸石粉12-18份、介孔分子篩25-35份、乙二胺四乙酸金屬鈉鹽45-55份、氯化銅72-78份、氯化鎂35-45份。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述用于重金屬廢水處理的復(fù)合吸附材料，由以下重量份的原料組成：高嶺土25份、貝殼粉20份、沸石粉15份、介孔分子篩30份、乙二胺四乙酸金屬鈉鹽50份、氯化銅75份、氯化鎂40份。

所述用于重金屬廢水處理的復(fù)合吸附材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)按照重量份稱取各原料；

(2)將乙二胺四乙酸金屬鈉鹽按照質(zhì)量比1-1.5：1溶解在去離子水中，配制成乙二胺四乙酸金屬鈉鹽溶液，然后將介孔分子篩浸漬到乙二胺四乙酸金屬鈉鹽溶液中浸漬10-14h，使乙二胺四乙酸金屬鈉鹽溶液浸透到分子篩孔道，并且進(jìn)行超聲處理3-5h，再抽真空處理1-2h，然后在2000-4000r/min的轉(zhuǎn)速下離心1-3h，取出沉淀混合物，在50-70℃的溫度下真空干燥4-8h，待用；

(3)將高嶺土、貝殼粉、沸石粉和步驟(1)得到的產(chǎn)物一起進(jìn)行在惰性氣體的保護(hù)下，于1100-1300℃的石英管式爐中燒制1-3h得到復(fù)合吸附材料基體；

(4)將上述復(fù)合材料基體用2-4mol/L的鹽酸溶液浸泡15-20h后，用去離子水沖洗至其pH值至6.0-7.0，然后去除水溶液，干燥后待用；將氯化銅和氯化鎂分別配置成3-5mol/L的氯化銅溶液和氯化鎂溶液，備用；

(5)將干燥后復(fù)合吸附材料基體浸泡在氯化銅溶液中，在25-35℃、180-200r/min的條件下振蕩反應(yīng)，振蕩反應(yīng)20-24h后去除反應(yīng)液，得到吸附鋅離子的復(fù)合吸附材料，再將吸附鋅離子的復(fù)合吸附材料浸泡在氯化鎂溶液中，在35-40℃、210-230r/min的條件下振蕩反應(yīng)，振蕩反應(yīng)20-24h后去除反應(yīng)液，用去離子水沖洗3-7遍后分離去除水溶液，得到飽和吸附的復(fù)合吸附材料；

(6)用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1-0.3％的氫氧化鈉溶液，配制1-2mol/L的硼氫化鈉溶液，將硼氫化鈉溶液加入飽和吸附的復(fù)合吸附材料中后，在150-170rm/min下振蕩反應(yīng)，振蕩反應(yīng)10-30min后去除部分反應(yīng)液，然后再洗滌至中性，烘干即得到復(fù)合吸附材料成品。

作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述惰性氣體為氮?dú)饣驓鍤狻?/p>

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過高嶺土、貝殼粉、沸石粉以及介孔分子篩制得的多孔結(jié)構(gòu)的共同作用，制備得到的吸附材料具有很強(qiáng)的吸附能力和還原能力，可實(shí)現(xiàn)水體中多種重金屬離子如鉛離子、鎘離子及鉻離子的高效去除，具有去除率高、反應(yīng)速率快的優(yōu)點(diǎn)，將鋅離子和鎂離子均負(fù)載在吸附材料上，起到增效作用，還原重金屬的能力更強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)深度脫除。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本專利的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。

實(shí)施例1

一種用于重金屬廢水處理的復(fù)合吸附材料，由以下重量份的原料組成：高嶺土20份、貝殼粉15份、沸石粉10份、介孔分子篩20份、乙二胺四乙酸金屬鈉鹽40份、氯化銅70份、氯化鎂30份。

所述用于重金屬廢水處理的復(fù)合吸附材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)按照重量份稱取各原料；

(2)將乙二胺四乙酸金屬鈉鹽按照質(zhì)量比1：1溶解在去離子水中，配制成乙二胺四乙酸金屬鈉鹽溶液，然后將介孔分子篩浸漬到乙二胺四乙酸金屬鈉鹽溶液中浸漬10h，使乙二胺四乙酸金屬鈉鹽溶液浸透到分子篩孔道，并且進(jìn)行超聲處理3h，再抽真空處理1h，然后在2000r/min的轉(zhuǎn)速下離心1h，取出沉淀混合物，在50℃的溫度下真空干燥4h，待用；

(3)將高嶺土、貝殼粉、沸石粉和步驟(1)得到的產(chǎn)物一起進(jìn)行在氬氣的保護(hù)下，于1100℃的石英管式爐中燒制1h得到復(fù)合吸附材料基體；

(4)將上述復(fù)合材料基體用2mol/L的鹽酸溶液浸泡15h后，用去離子水沖洗至其pH值至6.0，然后去除水溶液，干燥后待用；將氯化銅和氯化鎂分別配置成3mol/L的氯化銅溶液和氯化鎂溶液，備用；

(5)將干燥后復(fù)合吸附材料基體浸泡在氯化銅溶液中，在25℃、180r/min的條件下振蕩反應(yīng)，振蕩反應(yīng)20h后去除反應(yīng)液，得到吸附鋅離子的復(fù)合吸附材料，再將吸附鋅離子的復(fù)合吸附材料浸泡在氯化鎂溶液中，在35℃、210r/min的條件下振蕩反應(yīng)，振蕩反應(yīng)20h后去除反應(yīng)液，用去離子水沖洗3遍后分離去除水溶液，得到飽和吸附的復(fù)合吸附材料；

(6)用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1％的氫氧化鈉溶液，配制1mol/L的硼氫化鈉溶液，將硼氫化鈉溶液加入飽和吸附的復(fù)合吸附材料中后，在150rm/min下振蕩反應(yīng)，振蕩反應(yīng)10min后去除部分反應(yīng)液，然后再洗滌至中性，烘干即得到復(fù)合吸附材料成品。

實(shí)施例2

一種用于重金屬廢水處理的復(fù)合吸附材料，由以下重量份的原料組成：高嶺土25份、貝殼粉20份、沸石粉15份、介孔分子篩30份、乙二胺四乙酸金屬鈉鹽50份、氯化銅75份、氯化鎂40份。

所述用于重金屬廢水處理的復(fù)合吸附材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)按照重量份稱取各原料；

(2)將乙二胺四乙酸金屬鈉鹽按照質(zhì)量比1.2：1溶解在去離子水中，配制成乙二胺四乙酸金屬鈉鹽溶液，然后將介孔分子篩浸漬到乙二胺四乙酸金屬鈉鹽溶液中浸漬12h，使乙二胺四乙酸金屬鈉鹽溶液浸透到分子篩孔道，并且進(jìn)行超聲處理4h，再抽真空處理1.5h，然后在3000r/min的轉(zhuǎn)速下離心2h，取出沉淀混合物，在60℃的溫度下真空干燥6h，待用；

(3)將高嶺土、貝殼粉、沸石粉和步驟(1)得到的產(chǎn)物一起進(jìn)行在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，于1200℃的石英管式爐中燒制2h得到復(fù)合吸附材料基體；

(4)將上述復(fù)合材料基體用3mol/L的鹽酸溶液浸泡18h后，用去離子水沖洗至其pH值至6.5，然后去除水溶液，干燥后待用；將氯化銅和氯化鎂分別配置成4mol/L的氯化銅溶液和氯化鎂溶液，備用；

(5)將干燥后復(fù)合吸附材料基體浸泡在氯化銅溶液中，在30℃、190r/min的條件下振蕩反應(yīng)，振蕩反應(yīng)22h后去除反應(yīng)液，得到吸附鋅離子的復(fù)合吸附材料，再將吸附鋅離子的復(fù)合吸附材料浸泡在氯化鎂溶液中，在38℃、220r/min的條件下振蕩反應(yīng)，振蕩反應(yīng)22h后去除反應(yīng)液，用去離子水沖洗5遍后分離去除水溶液，得到飽和吸附的復(fù)合吸附材料；

(6)用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2％的氫氧化鈉溶液，配制1.5mol/L的硼氫化鈉溶液，將硼氫化鈉溶液加入飽和吸附的復(fù)合吸附材料中后，在160rm/min下振蕩反應(yīng)，振蕩反應(yīng)20min后去除部分反應(yīng)液，然后再洗滌至中性，烘干即得到復(fù)合吸附材料成品。

實(shí)施例3

一種用于重金屬廢水處理的復(fù)合吸附材料，由以下重量份的原料組成：高嶺土30份、貝殼粉25份、沸石粉20份、介孔分子篩40份、乙二胺四乙酸金屬鈉鹽60份、氯化銅80份、氯化鎂50份。

所述用于重金屬廢水處理的復(fù)合吸附材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)按照重量份稱取各原料；

(2)將乙二胺四乙酸金屬鈉鹽按照質(zhì)量比1.5：1溶解在去離子水中，配制成乙二胺四乙酸金屬鈉鹽溶液，然后將介孔分子篩浸漬到乙二胺四乙酸金屬鈉鹽溶液中浸漬14h，使乙二胺四乙酸金屬鈉鹽溶液浸透到分子篩孔道，并且進(jìn)行超聲處理5h，再抽真空處理2h，然后在4000r/min的轉(zhuǎn)速下離心3h，取出沉淀混合物，在70℃的溫度下真空干燥8h，待用；

(3)將高嶺土、貝殼粉、沸石粉和步驟(1)得到的產(chǎn)物一起進(jìn)行在氬氣的保護(hù)下，于1300℃的石英管式爐中燒制3h得到復(fù)合吸附材料基體；

(4)將上述復(fù)合材料基體用4mol/L的鹽酸溶液浸泡20h后，用去離子水沖洗至其pH值至7.0，然后去除水溶液，干燥后待用；將氯化銅和氯化鎂分別配置成5mol/L的氯化銅溶液和氯化鎂溶液，備用；

(5)將干燥后復(fù)合吸附材料基體浸泡在氯化銅溶液中，在35℃、200r/min的條件下振蕩反應(yīng)，振蕩反應(yīng)24h后去除反應(yīng)液，得到吸附鋅離子的復(fù)合吸附材料，再將吸附鋅離子的復(fù)合吸附材料浸泡在氯化鎂溶液中，在40℃、230r/min的條件下振蕩反應(yīng)，振蕩反應(yīng)24h后去除反應(yīng)液，用去離子水沖洗7遍后分離去除水溶液，得到飽和吸附的復(fù)合吸附材料；

(6)用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3％的氫氧化鈉溶液，配制2mol/L的硼氫化鈉溶液，將硼氫化鈉溶液加入飽和吸附的復(fù)合吸附材料中后，在170rm/min下振蕩反應(yīng)，振蕩反應(yīng)30min后去除部分反應(yīng)液，然后再洗滌至中性，烘干即得到復(fù)合吸附材料成品。

實(shí)施例4

一種用于重金屬廢水處理的復(fù)合吸附材料，由以下重量份的原料組成：高嶺土22份、貝殼粉18份、沸石粉12份、介孔分子篩25份、乙二胺四乙酸金屬鈉鹽45份、氯化銅728份、氯化鎂35份。

所述用于重金屬廢水處理的復(fù)合吸附材料的制備方法同實(shí)施例2。

實(shí)施例5

一種用于重金屬廢水處理的復(fù)合吸附材料，由以下重量份的原料組成：高嶺土28份、貝殼粉22份、沸石粉18份、介孔分子篩35份、乙二胺四乙酸金屬鈉鹽55份、氯化銅78份、氯化鎂45份。

所述用于重金屬廢水處理的復(fù)合吸附材料的制備方法同實(shí)施例2。

對(duì)比例1

對(duì)比例1除不含沸石粉外，其余配比與制備過程均與實(shí)施例2一致。

對(duì)比例2

對(duì)比例2除不含介孔分子篩外，其余配比與制備過程均與實(shí)施例2一致。

對(duì)比例3

對(duì)比例3除不含氯化銅外，其余配比與制備過程均與實(shí)施例2一致。

對(duì)比例4

對(duì)比例4除不含氯化鎂外，其余配比與制備過程均與實(shí)施例2一致。

實(shí)施例6

分別稱取質(zhì)量為0.02g實(shí)施例1-5及對(duì)比例1-4的吸附材料于具塞錐形瓶中，各加入2.0×10^-3mol/L的Au(III)，Hg(II)，Pb(II)，Ni(II)，Co(II)和Cd(II)的水溶液20mL，置于氣浴振蕩器中振蕩24h；使用原子吸收法測(cè)定溶液中剩余重金屬離子的濃度。用(公式1)計(jì)算實(shí)施例1-5及對(duì)比例1-4的吸附材料的吸附量q(mg/g)，

式中，q為吸附量(mg/g)；Co和Ce分別為吸附前后溶液中的金屬離子的濃度(μg/mL)；V是反應(yīng)溶液體積(L)；W是吸附劑質(zhì)量(g)。

表1吸附量效果比較

由表1可知，本發(fā)明方法制備的復(fù)合吸附材料可選擇吸附Au(III)，Hg(II)，Pb(II)和Co(II)等多種金屬離子，其吸附Au(III)和Hg(II)的效果尤為顯著。

本發(fā)明通過高嶺土、貝殼粉、沸石粉以及介孔分子篩制得的多孔結(jié)構(gòu)的共同作用，制備得到的吸附材料具有很強(qiáng)的吸附能力和還原能力，可實(shí)現(xiàn)水體中多種重金屬離子如鉛離子、鎘離子及鉻離子的高效去除，具有去除率高、反應(yīng)速率快的優(yōu)點(diǎn)，將鋅離子和鎂離子均負(fù)載在吸附材料上，起到增效作用，還原重金屬的能力更強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)深度脫除。

上面對(duì)本專利的較佳實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本專利并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下作出各種變化。