申请日2017.01.24
公开(公告)日2017.06.09
IPC分类号B01J20/26; B01J20/30; C02F1/28; C02F103/06; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种用于垃圾渗滤液液的重金属吸附剂的制备方法，以氧化石墨烯、二苯基甲烷二异氰酸酯、十二羟基葫芦脲为原料，加入N,N二甲基甲酰胺为溶剂，再通过氧化、交联反应过程制得重金属吸附剂，所制得的吸附剂对垃圾渗滤液中的重金属具有吸附量大、快速、易回收的优秀性能，将其用于垃圾渗滤液中重金属离子的去除，实现垃圾渗滤液的净化，对促进经济的循环发展具有重要意义。
权利要求书
1.一种用于垃圾渗滤液液的重金属吸附剂的制备方法，其特征在于：以氧化石墨烯、二苯基甲烷二异氰酸酯、十二羟基葫芦脲为原料，加入N,N二甲基甲酰胺作为溶剂，依次通过氧化、交联反应制得重金属吸附剂。
2.根据权利要求1所述的一种用于垃圾渗滤液液的重金属吸附剂的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)将经过强酸氧化的氧化石墨烯溶于N,N二甲基甲酰胺中，再依序加入二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，并将体系的温度控制在70～90℃进行反应2.5～3.5h;
(2)将由葫芦脲羧基化处理得到的十二羟基葫芦脲单独分散到N,N二甲基甲酰胺溶液中，再将溶液加入到步骤(1)反应后的混合溶液中，并将控制体系温度控制在60～80℃进行反应3～4h;
(3)将步骤(2)反应后的溶液进行过滤，取其滤出的固形物用水洗涤至洗涤液呈中性为止，然后进行真空干燥后，即可制得重金属吸附剂。
3.根据权利要求2所述的一种用于垃圾渗滤液液的重金属吸附剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的以N,N二甲基甲酰胺为溶剂的氧化石墨烯溶液的密度为10mg/mL。
4.根据权利要求2所述的一种用于垃圾渗滤液液的重金属吸附剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的二苯基甲烷二异氰酸酯与氧化石墨烯溶液的质量比为4：1。
5.根据权利要求2所述的一种用于垃圾渗滤液液的重金属吸附剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的二苯基甲烷二异氰酸酯与二月桂酸二丁基锡的质量比为1：0.05。
6.根据权利要求2所述的一种用于垃圾渗滤液液的重金属吸附剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的十二羟基葫芦脲与N,N二甲基甲酰胺溶液的质量比为1：5。
7.根据权利要求2所述的一种用于垃圾渗滤液液的重金属吸附剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中分散到N,N二甲基甲酰胺溶液中的十二羟基葫芦脲按十二羧基葫芦脲与氧化石墨烯的质量比为10：1的质量比加入到步骤(1)反应后的混合溶液中。
8.根据权利要求2所述的一种用于垃圾渗滤液液的重金属吸附剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)和步骤(2)均在氮气保护氛围下进行反应。
9.一种按上述任一权利要求所述的制备方法制得的重金属吸附剂的应用，其特征在于：将重金属吸附剂按10～200mg/L的添加量加入到垃圾渗滤液中，并在pH为1～12，温度为20～100℃的条件下对垃圾渗滤液中的重金属进行吸附。
说明书
一种用于垃圾渗滤液的重金属吸附剂的制备方法
技术领域
本发明涉及吸附剂领域，尤其是一种用于垃圾渗滤液的重金属吸附剂的制备方法。
背景技术
随着我国经济的迅猛发展和人口的急剧膨胀，工农业生产和人们生活所制造出的垃圾也越来越多，其中城市生活垃圾正以约8%的年增长率递增，对环境的污染十分严重，然而目前，国内外城市固体废弃物处理方式主要是填埋、焚烧和堆肥处理以及综合利用等，但是其中约有70%的城市垃圾依然还是使用填埋法进行处理。
由于垃圾在填埋过程中，垃圾场内的自然降雨和垃圾自身含有的水在进行填埋后会因为微生物的厌氧分解而产生垃圾渗滤液，垃圾渗滤液是垃圾填埋场最主要的环境危害物，是一种污染性很强的高浓度废水，含有高浓度COD、高氨氮、多金属、高毒性因素，其中在环境污染方面所说的重金属主要是指汞(水银)、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重元素，由于重金属不能被生物降解，相反却能在食物链的生物放大作用下，成千百倍地富集，最后进入人体，而重金属在人体内能和蛋白质及酶等发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中累积，造成慢性中毒，因此在垃圾处理过程中对其产生的垃圾渗滤液进行重金属去除是一项非常有必要的程序，然而在垃圾处理量基数极大的情况下，要进行垃圾渗滤液的重金属去除，将会耗费巨大的资金，给垃圾处理带来巨大的经济压力。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种吸附量大、吸附速度快、且容易进行回收的用于垃圾渗滤液的重金属吸附剂的制备方法。
为了实现上述的技术目的，本发明的技术方案为：
一种用于垃圾渗滤液的重金属吸附剂的制备方法，以氧化石墨烯、二苯基甲烷二异氰酸酯、十二羟基葫芦脲为原料，加入N，N二甲基甲酰胺作为溶剂，依次通过氧化、交联反应制得重金属吸附剂。
优选的，其包括以下步骤：
(1)将经过强酸氧化的氧化石墨烯溶于N，N二甲基甲酰胺中，再依序加入二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，并将体系的温度控制在70～90℃进行反应2.5～3.5h;
(2)将由葫芦脲羧基化处理得到的十二羟基葫芦脲单独分散到N，N二甲基甲酰胺溶液中，再将溶液加入到步骤(1)反应后的混合溶液中，并将控制体系温度控制在60～80℃进行反应3～4h;
(3)将步骤(2)反应后的溶液进行过滤，取其滤出的固形物用水洗涤至洗涤液呈中性为止，然后进行真空干燥后，即可制得重金属吸附剂。
优选的，所述步骤(1)中的以N，N二甲基甲酰胺为溶剂的氧化石墨烯溶液的密度为10mg/mL。
优选的，所述步骤(1)中的二苯基甲烷二异氰酸酯与氧化石墨烯溶液的质量比为4∶1。
优选的，所述步骤(1)中的二苯基甲烷二异氰酸酯与二月桂酸二丁基锡的质量比为1∶0.05。
优选的，所述步骤(2)中的十二羟基葫芦脲与N，N二甲基甲酰胺溶液的质量比为1∶5。
优选的，所述步骤(2)中分散到N，N二甲基甲酰胺溶液中的十二羟基葫芦脲按十二羧基葫芦脲与氧化石墨烯的质量比为10∶1的质量比加入到步骤(1)反应后的混合溶液中。
优选的，所述的步骤(1)和步骤(2)均在氮气保护氛围下进行反应。
一种按上述制备方法制得的重金属吸附剂的应用，将重金属吸附剂按10～200mg/L的添加量加入到垃圾渗滤液中，并在pH为1～12，温度为20～100℃的条件下对垃圾渗滤液中的重金属进行吸附。
采用上述的技术方案，本发明的有益效果为：以氧化石墨烯、二苯基甲烷二异氰酸酯、十二羟基葫芦脲为原料，加入N，N二甲基甲酰胺为溶剂，再通过氧化、交联反应过程制得重金属吸附剂，所制得的吸附剂对垃圾渗滤液中的重金属具有吸附量大、快速、易回收的优秀性能，将其用于垃圾渗滤液中重金属离子的去除，实现垃圾渗滤液的净化，对促进经济的循环发展具有重要意义。
具体实施方式
一种用于垃圾渗滤液的重金属吸附剂的制备方法，以氧化石墨烯、二苯基甲烷二异氰酸酯、十二羟基葫芦脲为原料，加入N，N二甲基甲酰胺作为溶剂，依次通过氧化、交联反应制得重金属吸附剂。
优选的，其包括以下步骤：
(1)将经过强酸氧化的氧化石墨烯溶于N，N二甲基甲酰胺中，再依序加入二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，并将体系的温度控制在70～90℃进行反应2.5～3.5h;
(2)将由葫芦脲羧基化处理得到的十二羟基葫芦脲单独分散到N，N二甲基甲酰胺溶液中，再将溶液加入到步骤(1)反应后的混合溶液中，并将控制体系温度控制在60～80℃进行反应3～4h;
(3)将步骤(2)反应后的溶液进行过滤，取其滤出的固形物用水洗涤至洗涤液呈中性为止，然后进行真空干燥后，即可制得重金属吸附剂。
优选的，所述步骤(1)中的以N，N二甲基甲酰胺为溶剂的氧化石墨烯溶液的密度为10mg/mL。
优选的，所述步骤(1)中的二苯基甲烷二异氰酸酯与氧化石墨烯溶液的质量比为4∶1。
优选的，所述步骤(1)中的二苯基甲烷二异氰酸酯与二月桂酸二丁基锡的质量比为1∶0.05。
优选的，所述步骤(2)中的十二羟基葫芦脲与N，N二甲基甲酰胺溶液的质量比为1∶5。
优选的，所述步骤(2)中分散到N，N二甲基甲酰胺溶液中的十二羟基葫芦脲按十二羧基葫芦脲与氧化石墨烯的质量比为10∶1的质量比加入到步骤(1)反应后的混合溶液中。
优选的，所述的步骤(1)和步骤(2)均在氮气保护氛围下进行反应。
一种按上述制备方法制得的重金属吸附剂的应用，将重金属吸附剂按10～200mg/L的添加量加入到垃圾渗滤液中，并在pH为1～12，温度为20～100℃的条件下对垃圾渗滤液中的重金属进行吸附。
实施例1
一种用于垃圾渗滤液液的重金属吸附剂的制备方法：
(1)将经过强酸氧化的氧化石墨烯溶于N，N二甲基甲酰胺中并通过超声设备进行促进氧化石墨烯的分散和溶解，将其制备成密度为10mg/mL的氧化石墨烯溶液，再按二苯基甲烷二异氰酸酯与氧化石墨烯溶液的质量比为4∶1加入二苯基甲烷二异氰酸酯和按二苯基甲烷二异氰酸酯与二月桂酸二丁基锡质量比为1∶0.05加入二月桂酸二丁基锡，并将体系的温度控制在80℃进行反应3h;
(2)将由葫芦脲羧基化处理的十二羟基葫芦脲按十二羟基葫芦脲与N，N二甲基甲酰胺溶液的质量比为1∶5的比值单独分散到N，N二甲基甲酰胺溶液中，再按十二羟基葫芦脲与氧化石墨烯的质量比为10∶1的比值将溶液加入到步骤(1)反应后的混合溶液中，并将控制体系温度控制在70℃进行反应3.5h;
(3)将步骤(2)反应后的溶液进行过滤，取其滤出的固形物用水洗涤至中性，然后进行真空干燥后，即可制得重金属吸附剂。
其中，步骤(1)和步骤(2)均在氮气保护氛围下进行反应。
将所制得的重金属吸附剂，按100mg/L的添加量加入到垃圾渗滤液中，并在垃圾渗滤液pH值为7、温度为20℃的条件下进行重金属吸附，在1h后检测垃圾渗滤液中的汞、铬、砷、铅离子的浓度。
实施例2
一种用于垃圾渗滤液液的重金属吸附剂的制备方法：
(1)将经过强酸氧化的氧化石墨烯溶于N，N二甲基甲酰胺中并通过超声设备进行促进氧化石墨烯的分散和溶解，将其制备成密度为10mg/mL的氧化石墨烯溶液，再按二苯基甲烷二异氰酸酯与氧化石墨烯溶液的质量比为4∶1加入二苯基甲烷二异氰酸酯和按二苯基甲烷二异氰酸酯与二月桂酸二丁基锡质量比为1∶0.05加入二月桂酸二丁基锡，并将体系的温度控制在80℃进行反应3h;
(2)将由葫芦脲羧基化处理的十二羟基葫芦脲按十二羟基葫芦脲与N，N二甲基甲酰胺溶液的质量比为1∶5的比值单独分散到N，N二甲基甲酰胺溶液中，再按十二羟基葫芦脲与氧化石墨烯的质量比为10∶1的比值将溶液加入到步骤(1)反应后的混合溶液中，并将控制体系温度控制在70℃进行反应3.5h;
(3)将步骤(2)反应后的溶液进行过滤，取其滤出的固形物用水洗涤至中性，然后进行真空干燥后，即可制得重金属吸附剂。
其中，步骤(1)和步骤(2)均在氮气保护氛围下进行反应。
将所制得的重金属吸附剂，按100mg/L的添加量加入到垃圾渗滤液中，并在垃圾渗滤液pH值为7、温度为50℃的条件下进行重金属吸附，在1h后检测垃圾渗滤液中的汞、铬、砷、铅离子的浓度。
实施例3
一种用于垃圾渗滤液液的重金属吸附剂的制备方法：
(1)将经过强酸氧化的氧化石墨烯溶于N，N二甲基甲酰胺中并通过超声设备进行促进氧化石墨烯的分散和溶解，将其制备成密度为10mg/mL的氧化石墨烯溶液，再按二苯基甲烷二异氰酸酯与氧化石墨烯溶液的质量比为4∶1加入二苯基甲烷二异氰酸酯和按二苯基甲烷二异氰酸酯与二月桂酸二丁基锡质量比为1∶0.05加入二月桂酸二丁基锡，并将体系的温度控制在70℃进行反应3.5h;
(2)将由葫芦脲羧基化处理的十二羟基葫芦脲按十二羟基葫芦脲与N，N二甲基甲酰胺溶液的质量比为1∶5的比值单独分散到N，N二甲基甲酰胺溶液中，再按十二羟基葫芦脲与氧化石墨烯的质量比为10∶1的比值将溶液加入到步骤(1)反应后的混合溶液中，并将控制体系温度控制在70℃进行反应3.5h;
(3)将步骤(2)反应后的溶液进行过滤，取其滤出的固形物用水洗涤至中性，然后进行真空干燥后，即可制得重金属吸附剂。
其中，步骤(1)和步骤(2)均在氮气保护氛围下进行反应。
将所制得的重金属吸附剂，按100mg/L的添加量加入到垃圾渗滤液中，并在垃圾渗滤液pH值为7、温度为100℃的条件下进行重金属吸附，在1h后检测垃圾渗滤液中的汞、铬、砷、铅离子的浓度。
实施例4
一种用于垃圾渗滤液液的重金属吸附剂的制备方法：
(1)将经过强酸氧化的氧化石墨烯溶于N，N二甲基甲酰胺中并通过超声设备进行促进氧化石墨烯的分散和溶解，将其制备成密度为10mg/mL的氧化石墨烯溶液，再按二苯基甲烷二异氰酸酯与氧化石墨烯溶液的质量比为4∶1加入二苯基甲烷二异氰酸酯和按二苯基甲烷二异氰酸酯与二月桂酸二丁基锡质量比为1∶0.05加入二月桂酸二丁基锡，并将体系的温度控制在90℃进行反应2.5h;
(2)将由葫芦脲羧基化处理的十二羟基葫芦脲按十二羟基葫芦脲与N，N二甲基甲酰胺溶液的质量比为1∶5的比值单独分散到N，N二甲基甲酰胺溶液中，再按十二羟基葫芦脲与氧化石墨烯的质量比为10∶1的比值将溶液加入到步骤(1)反应后的混合溶液中，并将控制体系温度控制在70℃进行反应3h;
(3)将步骤(2)反应后的溶液进行过滤，取其滤出的固形物用水洗涤至中性，然后进行真空干燥后，即可制得重金属吸附剂。
其中，步骤(1)和步骤(2)均在氮气保护氛围下进行反应。
将所制得的重金属吸附剂，按100mg/L的添加量加入到垃圾渗滤液中，并在垃圾渗滤液pH值为1、温度为20℃的条件下进行重金属吸附，在1h后检测垃圾渗滤液中的汞、铬、砷、铅离子的浓度。
实施例5
一种用于垃圾渗滤液液的重金属吸附剂的制备方法：
(1)将经过强酸氧化的氧化石墨烯溶于N，N二甲基甲酰胺中并通过超声设备进行促进氧化石墨烯的分散和溶解，将其制备成密度为10mg/mL的氧化石墨烯溶液，再按二苯基甲烷二异氰酸酯与氧化石墨烯溶液的质量比为4∶1加入二苯基甲烷二异氰酸酯和按二苯基甲烷二异氰酸酯与二月桂酸二丁基锡质量比为1∶0.05加入二月桂酸二丁基锡，并将体系的温度控制在80℃进行反应3h;
(2)将由葫芦脲羧基化处理的十二羟基葫芦脲按十二羟基葫芦脲与N，N二甲基甲酰胺溶液的质量比为1∶5的比值单独分散到N，N二甲基甲酰胺溶液中，再按十二羟基葫芦脲与氧化石墨烯的质量比为10∶1的比值将溶液加入到步骤(1)反应后的混合溶液中，并将控制体系温度控制在80℃进行反应3.5h;
(3)将步骤(2)反应后的溶液进行过滤，取其滤出的固形物用水洗涤至中性，然后进行真空干燥后，即可制得重金属吸附剂。
其中，步骤(1)和步骤(2)均在氮气保护氛围下进行反应。
将所制得的重金属吸附剂，按100mg/L的添加量加入到垃圾渗滤液中，并在垃圾渗滤液pH值为10、温度为20℃的条件下进行重金属吸附，在1h后检测垃圾渗滤液中的汞、铬、砷、铅离子的浓度。
实施例6
一种用于垃圾渗滤液液的重金属吸附剂的制备方法：
(1)将经过强酸氧化的氧化石墨烯溶于N，N二甲基甲酰胺中并通过超声设备进行促进氧化石墨烯的分散和溶解，将其制备成密度为10mg/mL的氧化石墨烯溶液，再按二苯基甲烷二异氰酸酯与氧化石墨烯溶液的质量比为4∶1加入二苯基甲烷二异氰酸酯和按二苯基甲烷二异氰酸酯与二月桂酸二丁基锡质量比为1∶0.05加入二月桂酸二丁基锡，并将体系的温度控制在80℃进行反应3h;
(2)将由葫芦脲羧基化处理的十二羟基葫芦脲按十二羟基葫芦脲与N，N二甲基甲酰胺溶液的质量比为1∶5的比值单独分散到N，N二甲基甲酰胺溶液中，再按十二羟基葫芦脲与氧化石墨烯的质量比为10∶1的比值将溶液加入到步骤(1)反应后的混合溶液中，并将控制体系温度控制在70℃进行反应4h;
(3)将步骤(2)反应后的溶液进行过滤，取其滤出的固形物用水洗涤至中性，然后进行真空干燥后，即可制得重金属吸附剂。
其中，步骤(1)和步骤(2)均在氮气保护氛围下进行反应。
将所制得的重金属吸附剂，按200mg/L的添加量加入到垃圾渗滤液中，并在垃圾渗滤液pH值为7、温度为20℃的条件下进行重金属吸附，在1h后检测垃圾渗滤液中的汞、铬、砷、铅离子的浓度。
实施例7
一种用于垃圾渗滤液液的重金属吸附剂的制备方法：
(1)将经过强酸氧化的氧化石墨烯溶于N，N二甲基甲酰胺中并通过超声设备进行促进氧化石墨烯的分散和溶解，将其制备成密度为10mg/mL的氧化石墨烯溶液，再按二苯基甲烷二异氰酸酯与氧化石墨烯溶液的质量比为4∶1加入二苯基甲烷二异氰酸酯和按二苯基甲烷二异氰酸酯与二月桂酸二丁基锡质量比为1∶0.05加入二月桂酸二丁基锡，并将体系的温度控制在80℃进行反应3h;
(2)将由葫芦脲羧基化处理的十二羟基葫芦脲按十二羟基葫芦脲与N，N二甲基甲酰胺溶液的质量比为1∶5的比值单独分散到N，N二甲基甲酰胺溶液中，再按十二羟基葫芦脲与氧化石墨烯的质量比为10∶1的比值将溶液加入到步骤(1)反应后的混合溶液中，并将控制体系温度控制在60℃进行反应3.5h;
(3)将步骤(2)反应后的溶液进行过滤，取其滤出的固形物用水洗涤至中性，然后进行真空干燥后，即可制得重金属吸附剂。
其中，步骤(1)和步骤(2)均在氮气保护氛围下进行反应。
将所制得的重金属吸附剂，按10mg/L的添加量加入到垃圾渗滤液中，并在垃圾渗滤液pH值为7、温度为20℃的条件下进行重金属吸附，在1h后检测垃圾渗滤液中的汞、铬、砷、铅离子的浓度。
空白对照例
量取与上述实施例中等体积的同一来源的垃圾渗滤液作为空白对照组进行静置2h后，进行检测垃圾渗滤液中的汞、铬、砷、铅离子的浓度。
各实施例的检测结果如下：
以上所述为本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。