申请日2016.09.14
公开(公告)日2016.12.14
IPC分类号B01J20/24; B01J20/30; C02F1/28; C02F1/62
摘要
本发明提供了一种重金属废水吸附材料及其制备方法。该重金属废水吸附材料的制备方法包括：向活性白土中加入HCl溶液，浸泡10min‑60min，得到酸化后的活性白土;将酸化后的活性白土与水混合，在水浴温度为45℃‑70℃下搅拌20min‑50min，得到处理后的活性白土;将木质纤维素与NaOH溶液混合，在水浴温度为40℃‑75℃下搅拌20min‑50min，得到处理后的木质纤维素;将处理后的木质纤维素与处理后的活性白土以1:1‑6:1的质量比混合，加热至25℃‑75℃，搅拌2h‑7h，经过洗涤、抽滤、干燥，研磨、过筛，得到重金属废水吸附材料。本发明还提供了上述制备方法得到的重金属废水吸附材料，是一种开发价格低廉、对环境无污染、无毒无害的重金属离子工业废水吸附剂。
权利要求书
1.一种重金属废水吸附材料的制备方法，其特征在于，该重金属废水吸附材料的制备方法包括以下步骤：
向活性白土中加入浓度为1wt%-6wt%的HCl溶液，浸泡10min-60min，得到酸化后的活性白土;其中，每1g活性白土与5mL-10mL的HCl溶液混合;
将所述酸化后的活性白土与水混合，在水浴温度45℃-70℃下搅拌20min-50min，得到处理后的活性白土，其中，每1g活性白土与20mL-60mL的水混合;
将木质纤维素与浓度为5wt%-30wt%的NaOH溶液混合，在水浴温度为40℃-75℃下搅拌20min-50min，得到处理后的木质纤维素;其中，每1g木质纤维素与15mL-50mL的NaOH溶液混合;
将处理后的木质纤维素与处理后的活性白土以1:1-6:1的质量比混合，加热至25℃-75℃，搅拌2h-7h，经过洗涤、抽滤、干燥，研磨后过120目-200目的网筛，得到所述重金属废水吸附材料。
2.根据权利要求1所述的重金属废水吸附材料的制备方法，其特征在于，所述HCl溶液的浓度为1wt%、2wt%、3wt%、4wt%、5wt%、6wt%;优选地，所述HCl溶液的浓度为4wt%。
3.根据权利要求1所述的重金属废水吸附材料的制备方法，其特征在于，所述NaOH溶液的浓度为5wt%、10wt%、15wt%、20wt%、25wt%、30wt%;优选地，所述NaOH溶液的浓度为15wt%。
4.根据权利要求1所述的重金属废水吸附材料的制备方法，其特征在于，所述处理后的木质纤维素与处理后的活性白土的混合质量比为1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1;优选地，所述处理后的木质纤维素与处理后的活性白土的混合质量比为3:1。
5.根据权利要求1所述的重金属废水吸附材料的制备方法，其特征在于，所述加热温度为25℃、35℃、45℃、55℃、65℃、75℃;优选地，所述加热温度为55℃。
6.根据权利要求1所述的重金属废水吸附材料的制备方法，其特征在于，所述处理后的木质纤维素与处理后的活性白土搅拌时间为2h、3h、4h、5h、6h、7h;优选地，所述处理后的木质纤维素与处理后的活性白土搅拌时间为5h。
7.根据权利要求1所述的重金属废水吸附材料的制备方法，其特征在于，洗涤时将产物洗涤至中性。
8.根据权利要求1所述的重金属废水吸附材料的制备方法，其特征在于，所述干燥是在40℃-70℃下真空干燥60min-150min;优先地，在60℃下真空干燥120min。
9.根据权利要求1所述的重金属废水吸附材料的制备方法，其特征在于，所述活性白土在酸化处理前和酸化处理后都经过200目的网筛过筛。
10.一种重金属废水吸附材料，其是根据权利要求1-9任一项所述的重金属废水吸附材料的制备方法制备得到的。
说明书
一种重金属废水吸附材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种重金属废水吸附材料及其制备方法，特别涉及一种木质纤维素/活性白土复合的重金属废水吸附材料及其制备方法，属于吸附材料技术领域。
背景技术
重金属污染主要来源于采矿、电镀、化工、印染、造纸等工业生产。这些行业产生的含大量重金属的废水被排放进入各种自然水体中，是一类对生态环境和人体健康危害极大的废水。当前，对重金属水污染的控制与治理已成为各国环境保护中急需妥善解决的环境问题。
传统的重金属工业废水处理方法主要有化学沉淀法、氧化还原法、膜技术、离子交换法、浓缩、萃取和生物法等，这些处理方法在一定程度上各自具备有优点，但也不同程度存在不足。吸附法由于具有吸附材料来源广泛，吸附容量大，吸附速度快，去除效率高，操作简便，可重复再生回收利用等优点而受到人们的普遍关注。因而，开发和研究更加易于制备，低价，高效，无毒，可循环使用的高性能吸附剂是目前该领域最前沿和最引人注目的研究的热点之一。
复合型吸附材料通常是指将两种或两种以上的不同材料通过某种方法复合而形成的一种具有吸附功能的新型材料。这种复合型吸附材料对某些特定离子或分子具有选择性亲和作用，制备得到的复合材料的优异性能是单一材料所不具备的，而且还有产生一些新的性能，成为现代吸附和分离技术不可或缺的重要组成部分。
随着内蒙古地区各地的采矿、电镀、冶金、制药等工业生产活动的高速发展，大量的工业、农业和生活废弃物排入水体中，人们赖以生存的水域环境受到严重的污染。重金属离子废水的工业污染物已经威胁到人类的健康，成为世界性的严重危害，目前世界已将重金属离子污染的治理放在了重要的位置，政府实施了相应的政策法规用以保护水源、预防水体污染。因此，开发以反应条件温和，不添加其他有毒有机溶剂为前提的绿色环保的制备方法，廉价、高效、具有特殊或优异性能的新型高分子/无机黏土纳米复合吸附材料，是该领域最为引人注目的研究热点之一。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种开发价格低廉、对环境无污染、无毒无害的重金属离子工业废水吸附剂。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种重金属废水吸附材料及其制备方法。该重金属废水吸附材料的制备方法包括以下步骤：
向活性白土中加入浓度为1wt%-6wt%的HCl溶液，浸泡10min-60min(优选为30min)，得到酸化后的活性白土;其中，每1g活性白土与5mL-10mL的HCl溶液(优选8mLHCl溶液)混合;
将所述酸化后的活性白土与水混合，在水浴温度为45℃-70℃(优选60℃)下搅拌20min-50min，(优选30min)，得到处理后的活性白土，其中，每1g活性白土与20mL-60mL(优选30mL)的水混合;
将木质纤维素与浓度为5wt%-30wt%的NaOH溶液混合，在水浴温度为40℃-75℃(优选60℃)下搅拌20min-50min(优选30min)，得到处理后的木质纤维素;其中，每1g木质纤维素与15mL-50mL(优选30mL)的NaOH溶液混合;
将处理后的木质纤维素与处理后的活性白土以1:1-6:1的质量比混合，加热至25℃-75℃，搅拌2h-7h，经过洗涤、抽滤、干燥，研磨后过120目-200目(优选200目)的网筛，得到所述重金属废水吸附材料。
在本发明提供的重金属废水吸附材料的制备方法中，优选地，采用的HCl溶液的浓度为1wt%、2wt%、3wt%、4wt%、5wt%、6wt%;更优选地，采用的HCl溶液的浓度为4wt%。
在本发明提供的重金属废水吸附材料的制备方法中，优选地，采用的NaOH溶液的浓度为5wt%、10wt%、15wt%、20wt%、25wt%、30wt%;更优选地，采用的NaOH溶液的浓度为15wt%。
在本发明提供的重金属废水吸附材料的制备方法中，优选地，处理后的木质纤维素与处理后的活性白土的混合质量比为1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1;更优选地，处理后的木质纤维素与处理后的活性白土的混合质量比为3:1。
在本发明提供的重金属废水吸附材料的制备方法中，优选地，加热温度为25℃、35℃、45℃、55℃、65℃、75℃;更优选地，加热温度为55℃。
在本发明提供的重金属废水吸附材料的制备方法中，优选地，处理后的木质纤维素与处理后的活性白土搅拌时间为2h、3h、4h、5h、6h、7h;更优选地，所述处理后的木质纤维素与处理后的活性白土搅拌时间为5h。
在本发明提供的重金属废水吸附材料的制备方法中，优选地，洗涤时将产物洗涤至中性。
在本发明提供的重金属废水吸附材料的制备方法中，优选地，干燥是在40℃-70℃下真空干燥60min-150min;更优选地，干燥是在60℃下真空干燥120min。
在本发明提供的重金属废水吸附材料的制备方法中，优选地，活性白土在酸化处理前和处理后都经过200目的网筛过筛。目的是为了使活性白土更完全的溶解在溶液中。
根据本发明的具体实施方式，采用的活性白土在进行酸化处理前，进行研磨过筛，经过200目的网筛筛选。另外，进行酸化处理后，将酸化处理后的活性白土进行抽滤、洗涤至中性，然后经过烘干、研磨过200目的网筛后备用。
本发明提供了一种重金属废水吸附材料，其是通过上述的重金属废水吸附材料的制备方法制备得到的。
本发明提供的重金属废水吸附材料选用的原材料之一木质纤维素，是一种天然物质，其储量大、价格低廉，具有空间三维聚合物网络结构，富含多种活性官能团和吸附位点，易生物降解，对环境无污染等优点，将其作为吸附材料用于重金属废水处理中，是取之于自然，回归于自然的过程。
本发明提供的重金属废水吸附材料选用的另一原材料活性白土，具有较高的离子交换能量、表面负电荷和表面活性羟基，其比表面积大并且具有通道结构，因而其在重金属废水处理中有很好的成本优势和应用前景。
本发明的重金属废水吸附材料将有机相高分子材料木质纤维素和无机相材料活性白土通过原位插层复合反应结合起来，以活性白土为基体，木质纤维素为增强体形成的纳米复合材料，整合了高分子材料和无机材料的性能，使该纳米复合材料呈现出一种协同效应，木质纤维素长链分子相互交叉，为重金属离子的快速质量传输提供扩散通道，极大的改善了复合材料的吸附性能、亲水性能、化学稳定性和结构稳定性等，这些优异的性能是单一材料所不具备的。
本发明的重金属废水吸附材料相对现有技术具有以下技术优点和效果：
本发明的重金属废水吸附材料首次采用木质纤维素和活性白土进行溶液原位插层复合反应，制备出可针对处理工业废水中重金属离子的新型木质纤维素/活性白土纳米复合吸附材料。这种复合吸附材料克服了木质纤维素亲水性、机械性和化学稳定性差的缺陷，同时改善了粉末状活性白土纳米粒子容易聚集，难于分离和质量损失等缺点，很大程度上增强了纳米复合材料的稳定性、机械性，提高了对废水中重金属离子的吸附效果，拓宽了两种原料各自的使用范围，这在开发研制天然高分子/无机粘土纳米吸附材料的领域中具有原始创新性。
本发明的重金属废水吸附材料-木质纤维素/活性白土纳米复合材料是一种低成本，生物相容性好，高效的重金属离子吸附剂，具备有简单制备方法，良好的可重用性，环境友好等优点，对废水中重金属离子有很好的亲和力和吸附选择性，是木质纤维素高附加值利用的一个新起点，广泛适用于工业废水污染物的富集和分离。