申请日2017.09.01
公开(公告)日2017.11.10
IPC分类号C02F1/28; B01J20/24; B01J20/30; C02F101/20; C02F101/22
摘要
本发明公开了一种含重金属离子废水的吸附处理方法，包括以下步骤：将壳聚糖、盐酸混合搅拌制得壳聚糖溶液;然后加入硅烷偶联剂，得到改性壳聚糖溶液;向改性壳聚糖溶液中加入三氯化铁溶液搅拌得到混合溶液;将孔石莼干粉加入到混合溶液中，超声处理，加入过量无水乙醇，离心处理，得到的沉淀用去离子水洗涤至中性后加入到戊二醛溶液中，搅拌然后进行过滤，得到的沉淀依次进行洗涤、干燥、研磨，得到复合吸附剂;将复合吸附剂加入到废水中，调节废水的pH，搅拌吸附，过滤，滤液调节至中性进行排放;复合吸附剂脱吸附后重新利用。该方法可有效吸附除去废水中的重金属离子，且吸附剂易于回收，吸附容量大，使用范围广，对水体无二次污染。
权利要求书
1.一种含重金属离子废水的吸附处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将壳聚糖、盐酸混合搅拌均匀，制得壳聚糖溶液;向壳聚糖溶液中加入硅烷偶联剂，500rpm下搅拌30min，静置30min，得到改性壳聚糖溶液;
(2)向改性壳聚糖溶液中加入配制好的三氯化铁溶液，常温磁力搅拌，得到混合溶液;将孔石莼干粉加入到混合溶液中，500W功率下超声30min，然后加入过量无水乙醇，离心处理，得到的沉淀用去离子水洗涤至中性后加入到质量浓度为20%的戊二醛溶液中，3000转/分的状态下搅拌1h，然后进行过滤，得到的沉淀依次进行无水乙醇洗涤、干燥、研磨，得到复合吸附剂;
(3)将上述制得的复合吸附剂加入到含重金属离子的废水中，调节废水的pH，在40-60℃下搅拌吸附30-100min，吸附完成后过滤，滤液调节至中性可进行排放;复合吸附剂脱吸附后可重新利用。
2.如权利要求1所述的一种含重金属离子废水的吸附处理方法，其特征在于：步骤(1)中，所述盐酸的质量浓度为3%。
3.如权利要求1所述的一种含重金属离子废水的吸附处理方法，其特征在于：步骤(1)中，所述壳聚糖、盐酸的用量比为1g：(80-100)mL。
4.如权利要求1所述的一种含重金属离子废水的吸附处理方法，其特征在于：步骤(1)中，所述硅烷偶联剂、壳聚糖的质量比为0.03:1。
5.如权利要求1所述的一种含重金属离子废水的吸附处理方法，其特征在于：步骤(2)中，所述三氯化铁溶液的浓度为0.15mol/L。
6.如权利要求1所述的一种含重金属离子废水的吸附处理方法，其特征在于：步骤(2)中，壳聚糖与三氯化铁溶液的用量比为(2-8)mg：2mL。
7.如权利要求1所述的一种含重金属离子废水的吸附处理方法，其特征在于：步骤(2)中，所述壳聚糖与孔石莼干粉的质量比为3：(1-3)。
8.如权利要求1所述的一种含重金属离子废水的吸附处理方法，其特征在于：步骤(2)中，所述戊二醛溶液的添加量为三氯化铁溶液体积的20%。
9.如权利要求1所述的一种含重金属离子废水的吸附处理方法，其特征在于：步骤(3)中，所述含重金属离子废水中，铬离子的浓度为5.5mg/L，锌离子浓度为3.5mg/L，铜离子浓度为3.2mg/L。
10.如权利要求1所述的一种含重金属离子废水的吸附处理方法，其特征在于：步骤(3)中，所述复合吸附剂的添加量为0.33-0.56g/L。
说明书
一种含重金属离子废水的吸附处理方法
技术领域：
本发明涉及重金属离子废水领域，具体的涉及一种含重金属离子废水的吸附处理方法。
背景技术：
重金属广泛应用于电镀、有色金属冶炼、纺织印染、农药、合金等现代工业中，对人体和环境具有严重的危害性。中国的国家标准规定：废水中重金属的最高允许排放量为0.1mg/L。传统的分离方法中：沉淀法、氧化还原法及铁氧体法只适宜于处理高浓度含重金属离子废水;离子交换法、膜分离法及活性炭吸附法成本较高;生化法的操作周期太长且占地面积大。
生物吸附法是一种新兴的废水处理技术，所用生物材料易得，价格便宜，尤其适用于处理较低浓度的重金属废水。以藻类作为生物吸附剂，吸附、分离重金属离子，国外在20世纪80年代就已对此展开了研究，而国内仅在近一两年才着手进行研究。吸附重金属离子的海藻可分为多细胞大型藻和单细胞微藻，单细胞微藻需要人工培养，成本高且产量低;而孔石莼作为渤海边自然生长的大型绿藻，其成本低廉，同时较薄的叶片结构使其具有较大的吸附表面积。用孔石莼作吸附剂，目前应用于废水处理的研究较少，且其应用pH范围较窄，且吸附量小，不易于分离。
发明内容：
本发明的目的是提供一种含重金属离子废水的吸附处理方法，该方法可有效吸附除去重金属离子废水中的重金属离子，且吸附剂易于回收，吸附容量大，使用范围广，对水体无二次污染。
为实现上述目的，本发明采用下述方案：
一种含重金属离子废水的吸附处理方法，包括以下步骤：
(1)将壳聚糖、盐酸混合搅拌均匀，制得壳聚糖溶液;向壳聚糖溶液中加入硅烷偶联剂，500rpm下搅拌30min，静置30min，得到改性壳聚糖溶液;
(2)向改性壳聚糖溶液中加入配制好的三氯化铁溶液，常温磁力搅拌，得到混合溶液;将孔石莼干粉加入到混合溶液中，500W功率下超声30min，然后加入过量无水乙醇，离心处理，得到的沉淀用去离子水洗涤至中性后加入到质量浓度为20%的戊二醛溶液中，3000转/分的状态下搅拌1h，然后进行过滤，得到的沉淀依次进行无水乙醇洗涤、干燥、研磨，得到复合吸附剂;
(3)将上述制得的复合吸附剂加入到含重金属离子的废水中，调节废水的pH，在40-60℃下搅拌吸附30-100min，吸附完成后过滤，滤液调节至中性可进行排放;复合吸附剂脱吸附后可重新利用。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述盐酸的质量浓度为3%。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述壳聚糖、盐酸的用量比为1g：(80-100)mL。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述硅烷偶联剂、壳聚糖的质量比为0.03:1。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述三氯化铁溶液的浓度为0.15mol/L。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，壳聚糖与三氯化铁溶液的用量比为(2-8)mg：2mL。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述壳聚糖与孔石莼干粉的质量比为3：(1-3)。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述戊二醛溶液的添加量为三氯化铁溶液体积的20%。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述含重金属离子废水中，铬离子的浓度为5.5mg/L，锌离子浓度为3.5mg/L，铜离子浓度为3.2mg/L。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述复合吸附剂的添加量为0.33-0.56g/L。
本发明具有以下有益效果：
孔石莼干粉成本低廉，同时较薄的叶片结构使其具有较大的吸附表面积，其可以有效吸附除去废水中的重金属离子，但是其用于废水处理时的适用pH范围较窄，且吸附容量也有待改善，与废水分离较困难;为了解决这一问题，本发明首先将硅烷偶联剂对壳聚糖进行改性，然后与三氯化铁溶液混合采用三氯化铁与壳聚糖在戊二醛的作用下，发生交联，形成多孔膜，包覆在孔石莼干粉表面，其吸附容量大，可有效吸附除去重金属离子废水中的重金属离子，且吸附剂易于回收，适用范围广，对水体无二次污染。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种含重金属离子废水的吸附处理方法，包括以下步骤：
(1)将壳聚糖、质量浓度为3%的盐酸混合搅拌均匀，制得壳聚糖溶液;向壳聚糖溶液中加入硅烷偶联剂，500rpm下搅拌30min，静置30min，得到改性壳聚糖溶液;其中，壳聚糖、盐酸的用量比为1g：80mL;硅烷偶联剂、壳聚糖的质量比为0.03:1;
(2)向改性壳聚糖溶液中加入配制好的三氯化铁溶液，常温磁力搅拌，得到混合溶液;将孔石莼干粉加入到混合溶液中，500W功率下超声30min，然后加入过量无水乙醇，离心处理，得到的沉淀用去离子水洗涤至中性后加入到质量浓度为20%的戊二醛溶液中，3000转/分的状态下搅拌1h，然后进行过滤，得到的沉淀依次进行无水乙醇洗涤、干燥、研磨，得到复合吸附剂;其中，三氯化铁溶液的浓度为0.15mol/L;壳聚糖与三氯化铁溶液的用量比为2mg：2mL，壳聚糖与孔石莼干粉的质量比为3：1，戊二醛溶液的添加量为三氯化铁溶液体积的20%;
(3)将上述制得的复合吸附剂加入到含重金属离子的废水中，调节废水的pH，在40℃下搅拌吸附30min，吸附完成后过滤，滤液调节至中性可进行排放;复合吸附剂脱吸附后可重新利用;复合吸附剂的添加量为0.33g/L。
实施例2
一种含重金属离子废水的吸附处理方法，包括以下步骤：
(1)将壳聚糖、质量浓度为3%的盐酸混合搅拌均匀，制得壳聚糖溶液;向壳聚糖溶液中加入硅烷偶联剂，500rpm下搅拌30min，静置30min，得到改性壳聚糖溶液;其中，壳聚糖、盐酸的用量比为1g：100mL;硅烷偶联剂、壳聚糖的质量比为0.03:1;
(2)向改性壳聚糖溶液中加入配制好的三氯化铁溶液，常温磁力搅拌，得到混合溶液;将孔石莼干粉加入到混合溶液中，500W功率下超声30min，然后加入过量无水乙醇，离心处理，得到的沉淀用去离子水洗涤至中性后加入到质量浓度为20%的戊二醛溶液中，3000转/分的状态下搅拌1h，然后进行过滤，得到的沉淀依次进行无水乙醇洗涤、干燥、研磨，得到复合吸附剂;其中，三氯化铁溶液的浓度为0.15mol/L;壳聚糖与三氯化铁溶液的用量比为8mg：2mL，壳聚糖与孔石莼干粉的质量比为3：3，戊二醛溶液的添加量为三氯化铁溶液体积的20%;
(3)将上述制得的复合吸附剂加入到含重金属离子的废水中，调节废水的pH，在60℃下搅拌吸附100min，吸附完成后过滤，滤液调节至中性可进行排放;复合吸附剂脱吸附后可重新利用;复合吸附剂的添加量为0.56g/L。
实施例3
一种含重金属离子废水的吸附处理方法，包括以下步骤：
(1)将壳聚糖、质量浓度为3%的盐酸混合搅拌均匀，制得壳聚糖溶液;向壳聚糖溶液中加入硅烷偶联剂，500rpm下搅拌30min，静置30min，得到改性壳聚糖溶液;其中，壳聚糖、盐酸的用量比为1g：85mL;硅烷偶联剂、壳聚糖的质量比为0.03:1;
(2)向改性壳聚糖溶液中加入配制好的三氯化铁溶液，常温磁力搅拌，得到混合溶液;将孔石莼干粉加入到混合溶液中，500W功率下超声30min，然后加入过量无水乙醇，离心处理，得到的沉淀用去离子水洗涤至中性后加入到质量浓度为20%的戊二醛溶液中，3000转/分的状态下搅拌1h，然后进行过滤，得到的沉淀依次进行无水乙醇洗涤、干燥、研磨，得到复合吸附剂;其中，三氯化铁溶液的浓度为0.15mol/L;壳聚糖与三氯化铁溶液的用量比为4mg：2mL，壳聚糖与孔石莼干粉的质量比为3：1.5，戊二醛溶液的添加量为三氯化铁溶液体积的20%;
(3)将上述制得的复合吸附剂加入到含重金属离子的废水中，调节废水的pH，在45℃下搅拌吸附50min，吸附完成后过滤，滤液调节至中性可进行排放;复合吸附剂脱吸附后可重新利用;复合吸附剂的添加量为0.37g/L。
实施例4
一种含重金属离子废水的吸附处理方法，包括以下步骤：
(1)将壳聚糖、质量浓度为3%的盐酸混合搅拌均匀，制得壳聚糖溶液;向壳聚糖溶液中加入硅烷偶联剂，500rpm下搅拌30min，静置30min，得到改性壳聚糖溶液;其中，壳聚糖、盐酸的用量比为1g：90mL;硅烷偶联剂、壳聚糖的质量比为0.03:1;
(2)向改性壳聚糖溶液中加入配制好的三氯化铁溶液，常温磁力搅拌，得到混合溶液;将孔石莼干粉加入到混合溶液中，500W功率下超声30min，然后加入过量无水乙醇，离心处理，得到的沉淀用去离子水洗涤至中性后加入到质量浓度为20%的戊二醛溶液中，3000转/分的状态下搅拌1h，然后进行过滤，得到的沉淀依次进行无水乙醇洗涤、干燥、研磨，得到复合吸附剂;其中，三氯化铁溶液的浓度为0.15mol/L;壳聚糖与三氯化铁溶液的用量比为5mg：2mL，壳聚糖与孔石莼干粉的质量比为3：2，戊二醛溶液的添加量为三氯化铁溶液体积的20%;
(3)将上述制得的复合吸附剂加入到含重金属离子的废水中，调节废水的pH，在45℃下搅拌吸附70min，吸附完成后过滤，滤液调节至中性可进行排放;复合吸附剂脱吸附后可重新利用;复合吸附剂的添加量为0.41g/L。
实施例5
一种含重金属离子废水的吸附处理方法，包括以下步骤：
(1)将壳聚糖、质量浓度为3%的盐酸混合搅拌均匀，制得壳聚糖溶液;向壳聚糖溶液中加入硅烷偶联剂，500rpm下搅拌30min，静置30min，得到改性壳聚糖溶液;其中，壳聚糖、盐酸的用量比为1g：90mL;硅烷偶联剂、壳聚糖的质量比为0.03:1;
(2)向改性壳聚糖溶液中加入配制好的三氯化铁溶液，常温磁力搅拌，得到混合溶液;将孔石莼干粉加入到混合溶液中，500W功率下超声30min，然后加入过量无水乙醇，离心处理，得到的沉淀用去离子水洗涤至中性后加入到质量浓度为20%的戊二醛溶液中，3000转/分的状态下搅拌1h，然后进行过滤，得到的沉淀依次进行无水乙醇洗涤、干燥、研磨，得到复合吸附剂;其中，三氯化铁溶液的浓度为0.15mol/L;壳聚糖与三氯化铁溶液的用量比为6mg：2mL，壳聚糖与孔石莼干粉的质量比为3：2，戊二醛溶液的添加量为三氯化铁溶液体积的20%;
(3)将上述制得的复合吸附剂加入到含重金属离子的废水中，调节废水的pH，在50℃下搅拌吸附80min，吸附完成后过滤，滤液调节至中性可进行排放;复合吸附剂脱吸附后可重新利用;复合吸附剂的添加量为0.48g/L。
实施例6
一种含重金属离子废水的吸附处理方法，包括以下步骤：
(1)将壳聚糖、质量浓度为3%的盐酸混合搅拌均匀，制得壳聚糖溶液;向壳聚糖溶液中加入硅烷偶联剂，500rpm下搅拌30min，静置30min，得到改性壳聚糖溶液;其中，壳聚糖、盐酸的用量比为1g：95mL;硅烷偶联剂、壳聚糖的质量比为0.03:1;
(2)向改性壳聚糖溶液中加入配制好的三氯化铁溶液，常温磁力搅拌，得到混合溶液;将孔石莼干粉加入到混合溶液中，500W功率下超声30min，然后加入过量无水乙醇，离心处理，得到的沉淀用去离子水洗涤至中性后加入到质量浓度为20%的戊二醛溶液中，3000转/分的状态下搅拌1h，然后进行过滤，得到的沉淀依次进行无水乙醇洗涤、干燥、研磨，得到复合吸附剂;其中，三氯化铁溶液的浓度为0.15mol/L;壳聚糖与三氯化铁溶液的用量比为7mg：2mL，壳聚糖与孔石莼干粉的质量比为3：2，戊二醛溶液的添加量为三氯化铁溶液体积的20%;
(3)将上述制得的复合吸附剂加入到含重金属离子的废水中，调节废水的pH，在55℃下搅拌吸附90min，吸附完成后过滤，滤液调节至中性可进行排放;复合吸附剂脱吸附后可重新利用;复合吸附剂的添加量为0.53g/L。
本发明处理的重金属离子废水中，铬离子的浓度为5.5mg/L，锌离子浓度为3.5mg/L，铜离子浓度为3.2mg/L;经上述实施例中的方法处理以后铬离子的浓度为0.5mg/L以下，锌离子浓度为0.01mg/L以下，铜离子浓度为0.085mg/L以下。