本發(fā)明屬于工業(yè)廢水脫汞領域，涉及到一種通過在活性炭表面負載磁源使其易于分離，對磁源增加氨基基團來提高對溶液中汞脫除性能的新型吸附劑，及其制備方法。
背景技術：
現代工業(yè)對水的污染導致了嚴重的水資源危機，水污染的重要組成部分是重金屬污染。其中汞具有較高揮發(fā)性，在煙氣中不會被除塵器捕集，因特別嚴重的危害著稱。汞有較強的毒性、持久性、揮發(fā)性，可以長期沉積于水體，形成其他形式的汞化合物，能通過食物鏈進入人體，在人體中富集，危害很大，且相較其他污染物濃度較低而難以控制，已成為國內外很關注的優(yōu)先控制污染物。
目前對水中重金屬污染處理的常用方法有沉淀法、電化學法、生物修復法和吸附法(物理吸附/化學吸附)等。對濃度較低的重金屬污水的處理，吸附法可用吸附劑種類很多，操作簡單可行，無二次污染，運行成本低，因此應有潛力廣闊。吸附法脫除溶液中汞的關鍵是吸附劑的選擇。磁性材料有著磁性特征和相應的靶向性能，優(yōu)點很突出。在外磁場的作用下容易分離，且比表面積大，是去除污水中汞離子的好選擇。
本發(fā)明選擇使用氨基基團和磁性吸附材料結合，進一步擴大比表面積且使吸附劑內部擴散阻力下降，能夠高效地脫除溶液中重金屬離子。
技術實現要素：
技術問題：本發(fā)明針對現有吸附劑對水中重金屬汞離子脫除性能尚不足夠的現狀，提供了一種利用常見的粉末活性炭作為載體負載磁性鐵錳氧體，通過簡單改性增加氨基基團后獲得高效脫汞性能。
技術方案：本發(fā)明的一種磁性脫汞吸附劑的制備方法包括以下步驟：
1)用去離子水溶解按照1∶(2～2.5)的元素摩爾比例混合的二價錳鹽和三價鐵鹽，或鐵鹽和三價鐵鹽，緩慢滴加強堿溶液，加入吸附劑載體共同參與反應，控制好反應溫度，攪拌混合溶液使反應進行；
2)所述混合溶液施加外磁場分離出其中沉淀物，用去離子水清洗該沉淀物，之后再加入到乙醇溶液中；用超聲對乙醇溶液中的粒子進行分散，加入硅烷交聯劑，攪拌混合使反應均勻，控制好反應溫度；
3)利用磁場分離出磁性材料，清洗干燥后即制成該脫汞吸附劑。
其中：
步驟1)中所述的強堿為氫氧化鉀或氫氧化鈉，濃度0.6～0.8mol/L，且強堿溶液需要由去離子水配制。所述的吸附劑載體是活性炭粉末。所述的反應溫度需要控制在溫度70～90℃，攪拌速率420～480r/min，時間需要50～70分鐘。
步驟2)所述的硅烷交聯劑可選用氨丙基三甲氧基硅烷APTMS或是氨丙基三乙氧基硅烷APTES等。所述的反應溫度需要控制在室溫下即可，攪拌速率420～480r/min，反應時間5～7小時。
步驟3)所述的清洗過程使用乙醇和去離子水多次清洗所獲得的磁性物質，之后在60～80℃干燥16～20小時。
本發(fā)明的機理在于利用磁性納米材料的良好磁性特征和相應靶向性能，來保證吸附劑易于分離。但是裸露納米粒子的磁性和其他理化性質易受到破壞或氧化，材料穩(wěn)定性不夠理想，所以將其負載于碳基表面，再通過引入特定功能組分構建選擇性吸附體系，這樣既可進一步提升吸附劑脫汞能力，又可以使其易分離。
有益效果：本發(fā)明和已有技術相比，有如下優(yōu)點：
(1)本發(fā)明制備的吸附劑脫汞效率高，磁性吸附劑粒子具有易于分離的優(yōu)點，有很好的應用前景。
(2)本發(fā)明使用氨基功能化來改性和增強吸附劑自身對汞離子的吸附效果，并且吸附作用不容易受溶液中其他金屬離子的影響，改性方案對汞的脫除具有優(yōu)先選擇性。
(3)所制備的磁性材料廉價有前景，在水中分散性好，制備過程簡單可行。
具體實施方式
本發(fā)明的一種改性磁性溶液脫汞吸附劑的制備方法包括以下步驟：
1)用去離子水溶解按照1∶2～2.5的元素摩爾比例混合的二價錳鹽和三價鐵鹽，或鐵鹽和三價鐵鹽，緩慢滴加強堿溶液，加入吸附劑載體共同參與反應，控制好反應溫度，攪拌混合溶液使反應進行；
2)所述混合溶液施加外磁場分離出其中沉淀物，用去離子水清洗該沉淀物，之后再加入到乙醇溶液中；用超聲對乙醇溶液中的粒子進行分散，加入硅烷交聯劑，攪拌混合使反應均勻，控制好反應條件；
3)利用磁場分離出磁性材料，清洗干燥后即制成該脫汞吸附劑。
本發(fā)明的制備方法中，強堿可用氫氧化鉀或氫氧化鈉等，濃度0.6～0.8mol/L。為吸附劑分配載體可以是粉末活性炭等。生成磁性物質的反應需要控制的條件：溫度需要控制在溫度70～90℃，攪拌速率420～480r/min，時間需要50～70分鐘。氨基功能化藥品可選用氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)，或是氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)等類似的硅烷交聯劑均可。改性反應在室溫下即可，攪拌速率420～480r/min，反應時間5～7小時。使用乙醇和去離子水多次清洗所獲得的磁性物質，之后在60～80℃干燥16～20小時。
以下實施案例都是為了更加清楚表達本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
實施案例1
稱取4g FeCl2·4H2O和11g FeCl3·H2O，再加入12mol/L的濃鹽酸2ml溶解于450ml去離子水中，然后將以上溶液滴加到450ml的0.75mol/L氫氧化鉀溶液中，反應溫度控制在80℃，攪拌反應物。加入活性炭纖維，隨著反應的進行，反應液中產生的黑色沉淀物被吸附到活性炭表面。再利用外加磁場將負載了納米粒子的活性炭從反應介質中分離出來，用去離子水清洗3次，乙醇清洗2次，把所得物約50ml加入到乙醇和去離子水混合液中，稀釋到300ml。加入1ml氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)，室溫下攪拌混合使反應均勻，6小時后即可。用離心機將吸附劑從溶液中分離，乙醇和去離子水多次清洗，烘干后即制成改性的磁性溶液脫汞吸附劑。
實施案例2
采用共沉淀法，將摩爾比例為1∶2的硫酸亞鐵和氯化鐵混合，用一定量的去離子水加以溶解，之后向其中加入活性炭粉末?？刂品磻獪囟?0℃，攪拌速率500r/min，反應40min后，外加磁場分離，使用去離子水清洗到中性狀態(tài)后，60℃下烘干。分散溶液中的粒子，加入氨基功能化藥品，攪拌混合使反應均勻，控制好反應條件。利用磁場分離出磁性材料，用乙醇和去離子水多次清洗，70℃下干燥18小時，即制成該脫汞吸附劑。
實施例3：
申請人選用實施例1中所制備的氯化錳和氯化鐵混合后，選用活性炭來做氧化鐵粒子的載體，用氨丙基三乙氧基硅烷改性的吸附劑，在實驗室中使用裝有0.1mg/L的氯化汞溶液的試樣管檢驗吸附劑的吸附汞離子能力。將制好的汞溶液置于12支試樣管中待用，分成2組。第一組標簽標記出5min、10min、15min、20min、25min和25min-空白，其中25min-空白作為空白組，稱量10mg吸附劑6份，用于投加第一組中脫除溶液中的汞/鎘離子；第二組稱量吸附劑5份，質量為5mg、10mg、15mg、20mg、25mg，再加上0g/L不投加吸附劑的空白組，投加量組反應時間均為10min。
將稱量的吸附劑加入各組溶液中，據標簽時間作為反應時間；反應后試樣管中的吸附劑清除掉，留下的溶液用于殘余汞濃度測量。采用永磁體將磁性吸附劑從試液中取出。使用HydraAA汞分析儀檢測溶液中未被吸附掉的汞的濃度值。測量時用汞標液協(xié)助測量。通過標液曲線測得去離子水和空白汞溶液濃度，制得較精確的標液曲線后準確測量溶液汞含量。
實驗25分鐘后吸附劑能脫除溶液中80-90％的汞。當投加量達到0.5g/L時，氨基修飾吸附劑便可以脫除溶液中60％的汞離子。當吸附劑投加量達到2.5g/L，兩種吸附劑均能除去90％的金屬離子。
實施例4：
任選實施例1、2或其他的制備的該種脫汞吸附劑，按照實施例3的實驗方法，進行溶液脫汞驗證，可產生較好的脫除效果。