申请日2016.01.29
公开(公告)日2016.04.27
IPC分类号B01J20/04; B01J20/30; C02F1/28; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种含氨基和羟基的结晶水合矿物在含锌废水处理中的应用方法。该结晶水合矿物表面富含氨基、羟基等基团，且带负电荷，易与废水中的氢氧化锌发生界面作用力而共沉淀，从而实现沉淀颗粒粒径的增大，进而实现了氢氧化锌在废水处理体系中快速沉降的目的。其在含锌废水处理中的应用方法按照水解—混合搅拌—固液分离的流程进行，水解过程将体系pH调节至6.0-7.0，混合搅拌按照矿物/锌质量比为0.5～5.0:1.0的比例添加含氨基结晶水合矿物制剂。本发明可显著提升氢氧化锌在水处理过程中的沉降性能，同时可使出水含锌浓度满足国家排放标准。
权利要求书
1.一种含氨基和羟基的结晶水合矿物的应用方法，其特征在于，加入水中用于含锌废水处理;所述的含氨基和羟基的结晶水合矿物中氮的质量比大于4%，氢的质量比大于5%，氧的质量比为60%～70%，结晶水分子数为4～12，矿物粒径为10～100μm，zeta电位为-5～-1mV，矿物密度为1.4～2.0g/cm3。
2.根据权利要求1所述的应用方法，其特征在于，所述的含氨基和羟基的结晶水合矿物合成方法如下：在保持搅拌的条件下，向氯化铵溶液中加入氯化镁和磷酸氢二钠固体，NH4Cl、MgCl2、Na2HPO4摩尔比例=2～4:1～2:1;然后迅速将1mol/L的NaOH溶液投入加氯化镁和磷酸氢二钠后的溶液体系中反应，将沉淀物取出干燥。
3.根据权利要求2所述的应用方法，其特征在于，所述的含氨基和羟基的结晶水合矿物的合成方法具体如下：
1)以N计配制2g/L的氯化铵溶液，按照摩尔比例n(NH4Cl):n(MgCl2):n(Na2HPO4)=2～4:1～2:1准备定量的氯化镁和磷酸氢二钠固体，并准备1mol/L的NaOH溶液;
2)在保持搅拌的条件下，向配制的氯化铵溶液中加入氯化镁和磷酸氢二钠固体，按照体积比v(NaOH):v(NH4Cl)=0.01～0.04:1，迅速将1mol/L的NaOH溶液投入加氯化镁和磷酸氢二钠后的溶液体系中;保持体系搅拌速度为400～600r/min，时间10～20min;
3)将沉淀物取出干燥，控制干燥温度为40-50℃，时间2～6h。
4.根据权利要求1-3任一项所述的应用方法，其特征在于，应用时具体包括以下步骤：
(1)调节含锌废水pH值，使含锌离子发生水解反应生成含氢氧化锌沉淀;
(2)向水解后的氢氧化锌体系中加入含氨基和羟基的结晶水合矿物;
(3)将步骤(2)所得的固液体系进行静置、固液分离。
5.根据权利要求4所述的应用方法，其特征在于，步骤(1)调节含锌废水pH值至6-7，反应时间控制为10～20min。
6.根据权利要求5所述的应用方法，其特征在于，步骤(1)用0.1mol/L的NaOH溶液或石灰乳溶液调节含锌废水pH值。
7.根据权利要求4所述的应用方法，其特征在于，步骤(2)含氨基和羟基的结晶水合矿物投加量与体系中锌的质量比为0.5～5.0:1.0。
8.根据权利要求4所述的应用方法，其特征在于，步骤(2)反应时间为20～30min。
9.根据权利要求4所述的应用方法，其特征在于，步骤(2)搅拌速率控制在100～300r/min。
10.根据权利要求4所述的应用方法，其特征在于，步骤(3)静置时间为10～20min。
说明书
一种含氨基和羟基的结晶水合矿物在含锌废水处理中的应用方法
技术领域
本发明涉及一种含氨基和羟基的结晶水合矿物在含锌废水处理中的应用方法，特别涉及该矿物在有色行业采矿、选矿、冶炼、加工以及电子工业产生的含锌废水中的处理，属于废水处理领域。
背景技术
含锌废水来自电镀废水、矿山开采，有色金属冶炼和部分化工企业，含锌废水的排放对人体健康和工农业活动具有严重危害，具有持久性、毒性大、污染严重等危害，一旦进入环境后不能被生物降解，大多数参与食物链循环，并最终在生物体内累积，破坏生物体正常生物代谢活动，危害人体健康。
处理含锌废水的方法可归纳为化学法、物理化学法、生物法三大类。其中化学法有中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体沉淀法、钡盐沉淀法、氧化还原法、铁粉法、气浮法、电解法等;物理化学法有离子交换法、吸附法、溶剂萃取法、液膜法、反渗透法和电渗析法;生物法分为生物吸附和生物沉淀。各种方法均有其优缺点。目前最常用的方法是化学沉淀法，通过投加碱中和剂，使废水中锌离子形成溶解度较小的氢氧化锌沉淀而达到去除锌的目的。通常采用碱石灰(CaO)、消石灰(Ca(OH)2)等中和剂，价格低廉;或添加苛性钠， 加料容易，能快速去除废水中的锌离子，工艺过程简单，但存在出水锌离子浓度依然偏高，不能达标排放的问题;且沉渣量较小、沉淀速度缓慢、含水率高。特别是，氢氧化锌在溶液中呈絮凝状，沉淀颗粒很细小，在液相中较难沉淀，且在不同pH条件下存在不同形式的羟合配离子(如Zn(OH)+、Zn(OH)42-、Zn(OH)3-)，使得仅采用氢氧化锌沉淀形式处理含锌废水难度更大，尤其对于低浓度(1～20mg/L)的含锌废水，由于难以形成氢氧化锌沉淀颗粒，处理效果更加不理想。
发明内容
本发明的目的就是基于传统中和沉淀法处理过程中氢氧化锌沉淀性能不佳的缺点，提出一种含-NH3和-OH的结晶水合矿物在含锌废水处理中的应用方法。
一种含氨基和羟基的结晶水合矿物的应用方法，加入水中用于含锌废水处理;所述的含氨基和羟基的结晶水合矿物中氮的质量比大于4%，氢的质量比大于5%，氧的质量比为60%～70%，结晶水分子数为4～12，矿物粒径为10～100μm，zeta电位为-5～-1mV，矿物密度为1.4～2.0g/cm3。
所述的含氨基和羟基的结晶水合矿物合成方法如下：在保持搅拌的条件下，向氯化铵溶液中加入氯化镁和磷酸氢二钠固体，NH4Cl、MgCl2、Na2HPO4摩尔比例=2～4:1～2:1;然后迅速将1mol/L的NaOH溶液投入加氯化镁和磷酸氢二钠后的溶液体系中反应，将沉淀物取出干燥。
所述的含氨基和羟基的结晶水合矿物的合成方法具体如下：
1)以N计配制2g/L的氯化铵溶液，按照摩尔比例n(NH4Cl):n(MgCl2):n(Na2HPO4)=2～4:1～2:1准备定量的氯化镁和磷酸氢二钠固体，并准备1mol/L的NaOH溶液;
2)在保持搅拌的条件下，向配制的氯化铵溶液中加入氯化镁和磷酸氢二钠固体，按照体积比v(NaOH):v(NH4Cl)=0.01～0.04:1，迅速将1mol/L的NaOH溶液投入加氯化镁和磷酸氢二钠后的溶液体系中;保持体系搅拌速度为400～600r/min，时间10～40min;
3)将沉淀物取出干燥，控制干燥温度为40-50℃，时间2～6h。
应用时具体包括以下步骤：
(1)调节含锌废水pH值，使含锌离子发生水解反应;
(2)向水解后的氢氧化锌体系中加入含氨基和羟基的结晶水合矿物;
(3)将步骤(2)所得的固液体系进行静置、固液分离。
步骤(1)调节含锌废水pH值至6-7，反应时间控制为10～20min。
步骤(1)用1mol/L的NaOH溶液或石灰乳溶液调节含锌废水pH值。
步骤(2)含氨基和羟基的结晶水合矿物投加量与体系中锌的质量比为0.5～4.0:1.0。
步骤(2)反应时间为10～40min。
步骤(2)搅拌速率控制在100～300r/min。
步骤(3)静置时间为10～20min。
本发明研究发现，一些结晶水合矿物在刚刚合成时粒径细小，具 有较大的比表面积，具有较强的吸附作用;并且其表面不仅含有羟基(-OH，可由结晶水提供)，还含有氨基(-NH3)等多种基团，极易与氢氧化锌(含有-OH)之间形成氢键等强作用力化学键，有利于氢氧化锌的附着沉淀;并且这种水合矿物表面往往带负电荷，与表面带正电荷的氢氧化锌可通过静电吸引而发生静电吸附。所有这些都可实现含锌废水化学中和沉淀处理过程中氢氧化锌的强化沉淀，从而提高含锌废水的去除效率。
基于以上思路，本发明寻找到一种含氨基(-NH3)和羟基(-OH)的结晶水合矿物，通过其与氢氧化锌界面之间的相互作用，可实现氢氧化锌的快速沉淀和高效去除，为含锌废水的高效、深度处理提供了可行的技术方案。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，而非限制本发明。