申请日2016.01.18
公开(公告)日2016.03.23
IPC分类号B01J20/30; B01J20/26; C02F1/28; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种重金属工业废水吸附材料及其制备方法，其特征在于：由以下成分以重量份制备而成：交联累托石4-6份、高岭石3-7份、石墨烯纳米层/MnO2复合物5-10份、壳聚糖-石墨烯复合材料6-12份、聚丙烯酰胺2-5份、硫酸铝1-3份、羧甲基壳聚糖1-2份、脱乙酰甲壳素1-2份、氯化铁5-10份、氨水5-10份、磷脂酰肌醇1-2份、对羟基苯甲酸甲酯2-4份、双乙酸钠0.2-0.6份、过氧化氢0.4-0.8份、过氧醋酸0.1-0.6份、月桂醇硫酸钠1-2份、氢氧化钠80-100份、乙二醇10-20份、乙醇80-100份、低亚硫酸钠0.1-0.2份、盐酸70-100份、去离子水100-200份。
权利要求书
1.一种重金属工业废水吸附材料，其特征在于：由以下成分以重量份制备而成：交联累托石4-6份、高岭石3-7份、石墨烯纳米层/MnO2复合物5-10份、壳聚糖-石墨烯复合材料6-12份、聚丙烯酰胺2-5份、硫酸铝1-3份、羧甲基壳聚糖1-2份、脱乙酰甲壳素1-2份、氯化铁5-10份、氨水5-10份、磷脂酰肌醇1-2份、对羟基苯甲酸甲酯2-4份、双乙酸钠0.2-0.6份、过氧化氢0.4-0.8份、过氧醋酸0.1-0.6份、月桂醇硫酸钠1-2份、氢氧化钠80-100份、乙二醇10-20份、乙醇80-100份、低亚硫酸钠0.1-0.2份、盐酸70-100份、去离子水100-200份。
2.根据权利要求1所述的一种重金属工业废水吸附材料，其特征在于：由以下成分以重量份制备而成：交联累托石5份、高岭石5份、石墨烯纳米层/MnO2复合物8份、壳聚糖-石墨烯复合材料9份、聚丙烯酰胺3份、硫酸铝2份、羧甲基壳聚糖2份、脱乙酰甲壳素2份、氯化铁8份、氨水8份、磷脂酰肌醇2份、对羟基苯甲酸甲酯3份、双乙酸钠0.4份、过氧化氢0.6份、过氧醋酸0.4份、月桂醇硫酸钠2份、氢氧化钠90份、乙二醇15份、乙醇90份、低亚硫酸钠0.2份、盐酸90份、去离子水200份。
3.根据权利要求1所述的一种重金属工业废水吸附材料，其特征在于：还包括硅藻土6-12重量份。
4.一种如权利要求1所述的污水重金属离子吸附剂，其特征是：还包括括膨润土6-12重量份。
5.权利要求1至2任一项所述的一种重金属工业废水吸附材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将脱乙酰甲壳素、氯化铁、磷脂酰肌醇、月桂醇硫酸钠和盐酸混合，用磁力搅拌机以转速1500rpm搅拌，同时滴加氨水，滴加结束后继续搅拌20min，然后升温至80℃静置3-4h后冷却至室温静置12h;
步骤2：将步骤1所得混合物置于离心机中在转速25000rpm下离心3min，弃去上清液，并用水将沉淀物反复洗涤3次;
步骤3：将洗涤过的沉淀物与20-30份去离子水混合，在超声波清洗机中超声30min后在真空干燥箱中以35℃下干燥12h;
步骤4：将步骤3所得物、交联累托石、高岭石、石墨烯纳米层/MnO2复合物、壳聚糖-石墨烯复合材料、氢氧化钠和剩余的去离子水水混合，用磁力搅拌机以转速1300-1500rpm搅拌3-4小时，过滤后将滤饼用水洗至中性，在真空干燥箱中以30-40℃下干燥12-13小时，取出后研磨至粉末状;
步骤5：将步骤4所得粉末、聚丙烯酰胺、硫酸铝、羧甲基壳聚糖、对羟基苯甲酸甲酯、双乙酸钠、乙二醇、过氧化氢、低亚硫酸钠、过氧醋酸、月桂醇硫酸钠和苯甲酸钠混合，在60℃水浴下搅拌12h，然后在室温下静置12h;
步骤6：将步骤5反应物在离心机中在转速25000rpm下离心5min，弃去上清液，然后用去离子水和乙醇分别将沉淀物洗涤3次，在真空干燥箱中以50℃下干燥24h，干燥后降至室温，密封包装既得重金属工业废水吸附材料。
6.根据权利要求5所述的一种重金属工业废水吸附材料的制备方法，其特征在于：所述步骤4具体为：将步骤3所得物、交联累托石、高岭石、石墨烯纳米层/MnO2复合物、壳聚糖-石墨烯复合材料、硅藻土、氢氧化钠和剩余的去离子水水混合，用磁力搅拌机以转速1300-1500rpm搅拌3-4小时，过滤后将滤饼用水洗至中性，在真空干燥箱中以30-40℃下干燥12-13小时，取出后研磨至粉末状。
7.根据权利要求5所述的一种重金属工业废水吸附材料的制备方法，其特征在于：所述步骤4具体为：将步骤3所得物、交联累托石、高岭石、石墨烯纳米层/MnO2复合物、壳聚糖-石墨烯复合材料、膨润土、氢氧化钠和剩余的去离子水水混合，用磁力搅拌机以转速1300-1500rpm搅拌3-4小时，过滤后将滤饼用水洗至中性，在真空干燥箱中以30-40℃下干燥12-13小时，取出后研磨至粉末状。
说明书
一种重金属工业废水吸附材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种重金属工业废水吸附材料及其制备方法。
背景技术
现代工业的迅猛发展和人民生活水平不断提高的代价是环境的大肆污染，其中水资源污染已成为一个亟待解决的严重问题。我国由于人口的过度增长和工业化的快速发展已成为一个严重缺水的国家，与此同时，水污染也在不断加剧，从而进一步造成了我国水资源的短缺。水污染主要包括工业废水、农业废水和生活废水，其中工业废水的污染最为严重。工业废水中常含有难降解有机染料，重金属离子及有机无机化合物等污染物，这些废水若不能有效地处理，则会严重的污染水质及人体健康。目前，吸附材料是工业废水处理中应用最为广泛的一种方法，有较好的效果,常用的吸附材料主要有合成树脂、活性炭和沸石等，但其大部分成本高，不易回收再利用或易造成二次污染，因此研发高效、安全无毒、无二次污染的废水处理材料以已成为众多学者和企业亟待解决的问题。
发明内容
要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种重金属工业废水吸附材料，能有效地去除废水中的重金属离子，吸附性强，脱色效果佳，同时能重复利用，经济环保。
技术方案：一种重金属工业废水吸附材料，由以下成分以重量份制备而成：交联累托石4-6份、高岭石3-7份、石墨烯纳米层/MnO2复合物5-10份、壳聚糖-石墨烯复合材料6-12份、聚丙烯酰胺2-5份、硫酸铝1-3份、羧甲基壳聚糖1-2份、脱乙酰甲壳素1-2份、氯化铁5-10份、氨水5-10份、磷脂酰肌醇1-2份、对羟基苯甲酸甲酯2-4份、双乙酸钠0.2-0.6份、过氧化氢0.4-0.8份、过氧醋酸0.1-0.6份、月桂醇硫酸钠1-2份、氢氧化钠80-100份、乙二醇10-20份、乙醇80-100份、低亚硫酸钠0.1-0.2份、盐酸70-100份、去离子水100-200份。
进一步优选的，所述的一种重金属工业废水吸附材料，由以下成分以重量份制备而成：交联累托石5份、高岭石5份、石墨烯纳米层/MnO2复合物8份、壳聚糖-石墨烯复合材料9份、聚丙烯酰胺3份、硫酸铝2份、羧甲基壳聚糖2份、脱乙酰甲壳素2份、氯化铁8份、氨水8份、磷脂酰肌醇2份、对羟基苯甲酸甲酯3份、双乙酸钠0.4份、过氧化氢0.6份、过氧醋酸0.4份、月桂醇硫酸钠2份、氢氧化钠90份、乙二醇15份、乙醇90份、低亚硫酸钠0.2份、盐酸90份、去离子水200份。
进一步的方案，还包括硅藻土6-12重量份。
进一步的方案，还包括膨润土6-12重量份。
上述重金属工业废水吸附材料的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将脱乙酰甲壳素、氯化铁、磷脂酰肌醇、月桂醇硫酸钠和盐酸混合，用磁力搅拌机以转速1500rpm搅拌，同时滴加氨水，滴加结束后继续搅拌20min，然后升温至80℃静置3-4h后冷却至室温静置12h;
步骤2：将步骤1所得混合物置于离心机中在转速25000rpm下离心3min，弃去上清液，并用水将沉淀物反复洗涤3次;
步骤3：将洗涤过的沉淀物与20-30份去离子水混合，在超声波清洗机中超声30min后在真空干燥箱中以35℃下干燥12h;
步骤4：将步骤3所得物、交联累托石、高岭石、石墨烯纳米层/MnO2复合物、壳聚糖-石墨烯复合材料、氢氧化钠和剩余的水混合，用磁力搅拌机以转速1300-1500rpm搅拌3-4小时，过滤后将滤饼用水洗至中性，在真空干燥箱中以30-40℃下干燥12-13小时，取出后研磨至粉末状;
步骤5：将步骤4所得粉末、聚丙烯酰胺、硫酸铝、羧甲基壳聚糖、对羟基苯甲酸甲酯、双乙酸钠、乙二醇、过氧化氢、低亚硫酸钠、过氧醋酸、月桂醇硫酸钠和苯甲酸钠混合，在60℃水浴下搅拌12h，然后在室温下静置12h;
步骤6：将步骤5反应物在离心机中在转速25000rpm下离心5min，弃去上清液，然后用去离子水和乙醇分别将沉淀物洗涤3次，在真空干燥箱中以50℃下干燥24h，干燥后降至室温，密封包装既得重金属工业废水吸附材料。
进一步的方案，所述步骤4具体为：将步骤3所得物、交联累托石、高岭石、石墨烯纳米层/MnO2复合物、壳聚糖-石墨烯复合材料、硅藻土、氢氧化钠和剩余的去离子水水混合，用磁力搅拌机以转速1300-1500rpm搅拌3-4小时，过滤后将滤饼用水洗至中性，在真空干燥箱中以30-40℃下干燥12-13小时，取出后研磨至粉末状。
进一步的方案，所述步骤4具体为：将步骤3所得物、交联累托石、高岭石、石墨烯纳米层/MnO2复合物、壳聚糖-石墨烯复合材料、膨润土、氢氧化钠和剩余的去离子水水混合，用磁力搅拌机以转速1300-1500rpm搅拌3-4小时，过滤后将滤饼用水洗至中性，在真空干燥箱中以30-40℃下干燥12-13小时，取出后研磨至粉末状。
石墨烯纳米层(GNS)/MnO2复合物(GNS/MnO2)在去除污水中的重金属离子效果好，去除废水中Ni2+、Pb2+和Cu2+三种重金属离子的效果更佳，GNS作为载体，增大了吸附剂的比表面积，MnO2起主要的吸附作用，5次重复使用之后，GNS/MnO2的吸附能力还能恢复到91%，有很好的再生能力。
壳聚糖-石墨烯复合材料具有较大的比表面积和独特的介孔结构，壳聚糖-石墨烯复合材料的双倍螺旋结构、壳聚糖和石墨烯之间的静电作用、氢键作用和范德华力都增强了对金属离子的去除能力。
交联累托石是利用累托石粘土的阳离子交换性能，选择交联剂如聚合羟基金属阳离子或者氧化物等，使累托石粘土可膨胀间层被交联剂柱撑开而获得更大的层间距，改善天然累托石的性能。交联累托石结构稳定，不发生膨胀，具有较大的比表面积、离子交换容量和微孔孔径而且具有热稳定性好、表面酸性强等特点，吸附能力增大70%以上，具有较大的层厚度，是一种性能优异的催化剂和吸附剂。
膨润土(bentonite)是一种以蒙脱石(montmorillonite)为主要成分的粘土矿物。其化学成分为铝硅酸盐，化学式为Al2O3·4SiO2·3H2O。微观结构的单位晶胞由两个Si2O四面体晶片和它们之间夹着的一个Al2O或Al2OH八面体晶片组成，膨润土具有较强的吸附性和离子交换性。
有益效果：本发明的废水吸附材料对各金属离子的去除率都很高，基本都要达到90%以上，尤其对Pb2+的去除率达到了98%以上，基本可完全去除;其对废水的脱色率也较高，脱色效果好，吸附性佳，同时本发明也重复利用，环保经济。