申请日2016.05.18
公开(公告)日2016.09.21
IPC分类号C02F1/28; C02F1/48; B01J20/04; B01J20/06; B01J20/28; B01J20/30; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种利用磁性纳米氯磷灰石吸附剂去除废水中重金属的方法，包括：将磁性纳米氯磷灰石吸附剂添加到废水中，恒温振荡，然后将磁性纳米氯磷灰石吸附剂从上述溶液中磁性分离，实现废水中重金属离子的去除;磁性纳米氯磷灰石吸附剂包括纳米氯磷灰石与磁性粉末Fe2O3，磁性粉末Fe2O3与纳米氯磷灰石的摩尔比为1～11∶1。本发明的方法操作简单、重金属去除率高、成本低廉且清洁无污染，对环境无毒害作用。
权利要求书
1.一种利用磁性纳米氯磷灰石吸附剂去除废水中重金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将磁性纳米氯磷灰石吸附剂添加到废水中，恒温振荡，然后将所述磁性纳米氯磷灰石吸附剂从废水中磁性分离，实现废水中重金属离子的去除;所述磁性纳米氯磷灰石吸附剂包括纳米氯磷灰石与磁性粉末Fe2O3，所述磁性粉末Fe2O3与纳米氯磷灰石的摩尔比为1～11∶1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁性纳米氯磷灰石吸附剂的颗粒粒径为10nm～15nm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁性纳米氯磷灰石吸附剂的用量为0.05g/L～1.5g/L。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废水中重金属为铅、镉、锌中的一种或几种，所述铅离子的浓度为1mM～3mM，所述镉离子的浓度为1mM～3mM，所述锌离子的浓度为1mM～3mM，所述废水的pH值为4～10。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述恒温振荡的条件为：振荡速度为100r/min～120r/min，温度为25℃～26℃。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，所述磁性纳米氯磷灰石吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)在惰性气体的氛围中，将FeCl2·4H2O和FeCl3·6H2O溶解于去氧水中，加入氨水得到混合液;
(2)向所述步骤(1)得到的混合溶液中同时滴入CaCl2溶液和Na3PO4溶液，得到胶体;
(3)将所述步骤(2)得到的胶体加热，使所述胶体受热分解，然后老化得到沉淀物;
(4)将所述步骤(3)得到的沉淀物用磁铁分离，得到磁性纳米氯磷灰石吸附剂。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中FeCl2·4H2O和FeCl3·6H2O的摩尔比为1∶2，氨水溶液的浓度为25%～30%。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将FeCl2·4H2O和FeCl3·6H2O溶解于去氧水中，超声降解5min～10min，然后加入氨水得到混合液。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中CaCl2溶液的浓度为26.8mM～268mM，Na3PO4溶液的浓度为16.0mM～160.0mM。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中胶体的加热的温度为90℃～105℃，加热时间为2h～4h;所述老化的时间为12h～24h。
说明书
利用磁性纳米氯磷灰石吸附剂去除废水中重金属的方法
技术领域
本发明属于废水中重金属的处理领域，具体涉及一种利用磁性纳米氯磷灰石吸附剂去除废水中重金属的方法。
背景技术
随着经济全球化的加快和工农业的迅猛发展，重金属排放造成的环境污染问题逐渐凸显。有毒重金属离子随排放的废水流入江、河，深入地下水，严重破坏生态环境。如何解决重金属污染问题已经成为世界各国的重要研究课题。
目前，磁分离技术作为一门新兴技术在水处理领域得到广泛关注，磁分离技术是借助磁场力的作用对磁性不同的物质进行分离的一种物理方法。国内外很多学者将磁性分离技术与无机材料相结合应用到重金属废水的处理中，一方面能够通过无机材料将废水中的重金属离子进行吸附和去除，另一方面又能利用磁性分离技术将材料从废水中分离出来，实现材料的分离。然而传统的无机材料由于其比表面积不大，吸附容量比较低，吸附能力较差，其性能和效果有待进一步改进和提升。
纳米材料具有极大的比表面积，所以由无机物形成的纳米材料已经成为广泛使用的吸附剂之一。但以粉末固体状存在的纳米材料在实际应用中存在着固液分离困难、沉降速率低等缺陷;并且一旦随废水排入环境中，则易引起水体富营养化。这些问题使纳米材料的应用受到一定的限制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作简单、重金属去除率高、成本低廉且清洁无污染，对环境无毒害作用的利用磁性纳米氯磷灰石吸附剂去除废水中重金属的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
将磁性纳米氯磷灰石吸附剂添加到废水中，恒温振荡，然后将所述磁性纳米氯磷灰石吸附剂从废水中磁性分离，实现废水中重金属离子的去除;所述磁性纳米氯磷灰石吸附剂包括纳米氯磷灰石与磁性粉末Fe2O3，所述磁性粉末Fe2O3与纳米氯磷灰石的摩尔比为1～11∶1。所述纳米氯磷灰石的分子式为Ca5(PO4)3Cl。
上述的方法中，优选的，所述磁性纳米氯磷灰石吸附剂的颗粒粒径为10nm～15nm。
上述的方法中，优选的，所述磁性纳米氯磷灰石吸附剂的用量为0.05g/L～1.5g/L。
上述的方法中，优选的，所述废水中重金属为铅、镉、锌中的一种或几种，所述铅离子的浓度为1mM～3mM，所述镉离子的浓度为1mM～3mM，所述锌离子的浓度为1mM～3mM，所述废水的pH值为4～10。进一步地，所述重金属离子的浓度为2mM。
上述的方法中，优选的，所述恒温振荡的条件为：振荡速度为100r/min～120r/min，温度为25℃～26℃。
上述的方法中，优选的，所述磁性纳米氯磷灰石吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)在惰性气体的氛围中，将FeCl2·4H2O和FeCl3·6H2O溶解于去氧水中，加入氨水得到混合液;
(2)向所述步骤(1)得到的混合溶液中同时滴入CaCl2溶液和Na3PO4溶液，得到胶体;
(3)将所述步骤(2)得到的胶体加热，然后老化得到沉淀物;
(4)将所述步骤(3)得到的沉淀物用磁铁分离，得到磁性纳米氯磷灰石吸附剂。
上述的方法中，优选的，所述步骤(1)中FeCl2·4H2O和FeCl3·6H2O的摩尔比为1∶2，氨水溶液的浓度为25%～30%(本发明中氨水的浓度为质量分数)。
上述的方法中，优选的，所述步骤(1)中，将FeCl2·4H2O和FeCl3·6H2O溶解于去氧水中，超声降解5min～10min，然后加入氨水得到混合液。
上述的方法中，优选的，所述步骤(2)中CaCl2溶液的浓度为26.8mM～268mM，Na3PO4溶液的浓度为16.0mM～160.0mM。进一步优选的，加入的CaCl2与Na3PO4的摩尔比为1.675∶1。
上述的方法中，优选的，所述步骤(3)中胶体的加热的温度为90℃～105℃，加热时间为2h～4h;所述老化的时间为12h～24h。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明利用磁性纳米氯磷灰石吸附剂去除废水中重金属的方法，操作简便，处理效率高且清洁无污染，相比于其他的传统工艺，耗时短，见效快，在重金属废水处理领域具有广泛的应用前景。
2、本发明采用的磁性纳米氯磷灰石吸附剂，由纳米氯磷灰石与磁性粉末Fe2O3组成，磁性粉末Fe2O3和纳米氯磷灰石粒子均匀相间分布，是一种将磁性分离技术与吸附过程相结合的新型吸附剂，当采用磁性纳米氯磷灰石吸附剂去除重金属时，纳米氯磷灰石本身就能够与很多重金属如Pb、Zn、Cd和Cu等通过离子交换作用或是溶解-沉淀作用产生难溶的磷酸盐-重金属物质，使这些重金属以矿物或沉淀的形式稳定的存在于环境中，比如纳米氯磷灰石与Pb反应形成的Pb10(PO4)6Cl2溶度积为10-84.4，反应见下面公式(1)、(2)、(3);而羟基磷灰石与Pb形成的物质为Pb10(PO4)6(OH)2，其溶度积为10-76.8，它在环境中的稳定性远远小于Pb10(PO4)6Cl2，因此纳米氯磷灰石所具有的潜在的对重金属的去除作用更加显著。
3、本发明采用的磁性纳米氯磷灰石吸附剂，具有比表面积大、表面活性高、易与其它粒子相结合的优点;同时由于合成的纳米粒子具有磁性，从而能够实现吸附剂与废水的有效分离，克服了纳米氯磷灰石无法从溶液中回收的缺陷，从而降低了水体富营养化的风险，避免了对水环境的二次污染。
4、本发明采用的磁性纳米氯磷灰石吸附剂，不仅对单一的重金属具有较强的吸附作用，它对Pb2+、Cd2+、Zn2+三种重金属离子均有很好的吸附效果，去除效率稳定在88.3%以上，高达99.8%，要明显优于现有的一些吸附剂，为将来废水中重金属污染的治理提供了新的途径。
5、本发明的磁性纳米氯磷灰石吸附剂的制备方法，操作简单，成本低廉，易于大规模生产和使用。