一種重金屬離子吸附劑的制備方法和污水處理劑與流程

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導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>物理化學(xué)裝置的制造及其應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明涉及污水處理領(lǐng)域，具體地，涉及一種重金屬離子吸附劑的制備方法和污水處理劑。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長，現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境問題成為全球性問題，引起了國內(nèi)外普遍關(guān)注。其中，水體污染由于與人類生活息息相關(guān)更是得到了格外的關(guān)注。重金屬離子作為引起水污染的重要因素之一，由于其不能被生物降解，容易在生物體內(nèi)富集，對(duì)生物和人體健康構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。

水體污染中，重金屬離子主要有鎘、鉛、汞、銅等，重金屬離子污染呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：一、重金屬在自然條件下難易降解，故重金屬廢水污染后，危害持續(xù)時(shí)間長；二、生物富集危害大，有的重金屬，富集倍數(shù)可達(dá)上萬倍，通過食物鏈在人體器官中積累造成慢性中毒，嚴(yán)重危害人體健康。隨著國家生態(tài)文明建設(shè)以及科學(xué)持續(xù)發(fā)展要求的提出和推進(jìn)，水體污染處理特別是重金屬離子污染治理也將成為污染治理的重要一環(huán)。

在水體污染的重金屬離子中，鉛離子對(duì)機(jī)體的損傷呈多系統(tǒng)性、多器官性，例如對(duì)神經(jīng)、造血、消化、泌尿、生殖、心血管、內(nèi)分泌、免疫等系統(tǒng)都會(huì)造成不利影響，具體可以表現(xiàn)為造成血鉛濃度升高，引起貧血、認(rèn)知缺損、聽力減弱、維生素D代謝紊亂和腹部疼痛等問題。并且其半衰期長達(dá)10年，毒性作用持久?，F(xiàn)有的鉛離子處理的常用方法主要有化學(xué)沉淀法、電解法、膜分離法、吸附法等。其中，化學(xué)沉淀法設(shè)備簡單、操作方便、處理效果好，但對(duì)化學(xué)試劑的消耗量大，費(fèi)用高、易造成二次污染。電解法工藝成熟，具有去除率高，但處理大量廢水時(shí)能耗大，電極金屬耗量大，大規(guī)模應(yīng)用受限。膜分離法兼顧水質(zhì)凈化和重金屬回收，但由于技術(shù)難度大，膜成本高，處理效率低。吸附法是一種比較有效的處理重金屬污染的方法，最常用的吸附劑是活性炭，存在吸附效果不突出且無吸附選擇性等缺陷。

因此，本領(lǐng)域仍然需要效果和選擇性更好的污水處理重金屬離子吸附劑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種重金屬離子吸附劑的制備方法，該方法制備的重金屬離子吸附劑能夠?qū)λw中重金屬離子有效吸附，特別是對(duì)鉛離子的吸附。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種重金屬離子吸附劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：將氧化石墨加入水中，超聲分散，得到氧化石墨分散液；

S2：將氧化瓜爾膠、硅烷偶聯(lián)劑加入至上述氧化石墨分散液中，升溫至60～80℃，攪拌反應(yīng)4～6h，冷卻至室溫，干燥得重金屬離子吸附劑，其中，所述氧化瓜爾膠的氧化度為25～40％。

在本發(fā)明中，優(yōu)選地，在步驟S1中，氧化石墨分散液的濃度為0.01～2mg/ml；優(yōu)選地，氧化石墨分散液的濃度為0.05～0.15mg/ml。

在本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述氧化瓜爾膠與硅烷偶聯(lián)劑、氧化石墨的使用量重量比例為100～120：1～2：1。

在本發(fā)明中對(duì)于硅烷偶聯(lián)劑并沒有特別的限定，例如所述硅烷偶聯(lián)劑可以為γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷，γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷和N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一種或多種，優(yōu)選為γ-氨丙基三乙氧基硅烷。所述硅烷偶聯(lián)劑一方面可以與氧化石墨表面化學(xué)反應(yīng)形成共價(jià)鍵，另一端可以通過氨基與氧化瓜爾膠進(jìn)行接枝，從而形成復(fù)合型吸附劑。

在本發(fā)明中所述氧化石墨為石墨的氧化物，所述氧化石墨優(yōu)選為一層，一層的氧化石墨具有更大的比表面積，對(duì)于氧化石墨的橫向長度并沒有特別的限定，研究表明，當(dāng)所述氧化石墨的橫向長度為100～500nm時(shí)，得到的吸附劑吸附效果最好。所述橫向長度是指平行于氧化石墨片層平面方向的長度。

上述的氧化石墨可以根據(jù)現(xiàn)有的方法進(jìn)行合成，具體可以為：10g天然是面膜與1L濃硫酸在低溫(＜0℃)下混合3～4小時(shí)，然后加入120g高錳酸鉀，0℃下攪拌混合3小時(shí)，將所得混合物在室溫下持續(xù)攪拌24小時(shí)，加入去離子水，當(dāng)混合液為棕黃色時(shí)，停止加入去離子水，加入30％H₂O₂至顏色變成亮黃色為止，過濾得到氧化石墨弄分散液，用10％鹽酸洗滌氧化石墨的濃分散液，然后用去離子水將氧化石墨濃分散液洗滌至pH值為7，得到氧化石墨分散液，再將該氧化石墨分散液干燥，得到氧化石墨。

在本發(fā)明中，干燥的方法可以為本領(lǐng)域常用的干燥方法，例如烘箱烘干或者冷凍凍干等。

在本發(fā)明中，所述氧化瓜爾膠可以由高碘酸鈉氧化刺槐豆得到，例如將瓜爾膠分散于去離子水中，然后加入高碘酸鈉在40～60℃攪拌反應(yīng)即可得到氧化瓜爾膠。

在本發(fā)明中氧化度的測(cè)定可以參考本領(lǐng)域常規(guī)的方法，將一定量碘化鈉溶于pH＝7的磷酸鹽緩沖溶液中配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％的混合液。將α2淀粉糊精溶于緩沖溶劑中制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的溶液作為指示劑。將上述2種溶液等體積混合,并迅速與改性瓜爾膠反應(yīng)。溶液中未消耗的高碘酸鈉與碘化鈉發(fā)生氧化-還原反應(yīng),釋放出的碘與淀粉指示劑發(fā)生顯色反應(yīng)而呈紅棕色。記錄高碘酸鈉消耗量。氧化度(％)＝808N/7m×100％，其中，N為高碘酸鈉消耗量(mol)，m為瓜爾膠樣品質(zhì)量(g)，808為瓜爾膠重復(fù)單元分子量(g/mol)，本發(fā)明使用的瓜爾膠重復(fù)單元中半乳糖與甘露糖比約為1：1.5。

本發(fā)明還提供一種污水處理劑，其中，該污水處理劑含有上述的制備方法制備的重金屬離子吸附劑。

本發(fā)明的制備方法制備的重金屬離子吸附劑和污水處理劑，能夠?qū)χ亟饘匐x子有效吸附，重金屬離子去除率高，特別是對(duì)鉛離子吸附效果；該吸附劑吸附量大，用量小，節(jié)約成本且使用方便。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。但這些實(shí)施例僅限于說明本發(fā)明而不是對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍的進(jìn)一步限定。

實(shí)施例1

重金屬離子吸附劑的制備

S1：將10mg氧化石墨加入圓底燒瓶中，加入100ml去離子水，然后將圓底燒瓶置于超聲儀中超聲分散1h，得到0.1mg/ml氧化石墨分散液。

S2：將氧化瓜爾膠、γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入至上述氧化石墨分散液中，升溫至60℃，攪拌反應(yīng)5h，冷卻至室溫，冷凍干燥得重金屬離子吸附劑X1。其中，所述氧化瓜爾膠的氧化度為35％，所述氧化瓜爾膠與硅烷偶聯(lián)劑、氧化石墨的使用量重量比例為100：1：1。

實(shí)施例2

重金屬離子吸附劑的制備

S1：將10mg氧化石墨加入圓底燒瓶中，加入100ml去離子水，然后將圓底燒瓶置于超聲儀中超聲分散1h，得到0.1mg/ml氧化石墨分散液。

S2：將氧化瓜爾膠、γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入至上述氧化石墨分散液中，升溫至65℃，攪拌反應(yīng)5h，冷卻至室溫，冷凍干燥得重金屬離子吸附劑X2。其中，所述氧化瓜爾膠的氧化度為40％，所述氧化瓜爾膠與硅烷偶聯(lián)劑、氧化石墨的使用量重量比例為120：2：1。

實(shí)施例3

重金屬離子吸附劑的制備