申请日2015.09.24
公开(公告)日2015.12.02
IPC分类号C02F1/28; B01J20/06; C02F1/62
摘要
本发明提供一种利用纳米二氧化钛去除废水中汞离子的方法，将纳米二氧化钛添加到含汞废水中，调节废水的pH值为3~8，使纳米二氧化钛能够通过吸附作用去除废水中的汞离子;所述的纳米二氧化钛的粒径为100nm、5nm和25nm的任一种。纳米二氧化钛的最佳添加量是粒径100nm的纳米二氧化钛2.0g·L-1、粒径5nm的纳米二氧化钛7.5g·L-1或粒径25nm的二氧化钛10.0g·L-1。最优方案为：溶液pH=8.0，100nm?TiO2添加量为2.0g?L-1,初始Hg2+浓度为25mg?L-1，吸附10min。在此条件下，Hg(Ⅱ)去除率为99.9%。
权利要求书
1.一种利用纳米二氧化钛去除废水中汞离子的方法，其特征在于，将纳米二氧化钛添加到含汞废水中，调节废水的pH值为3~8，使纳米二氧化钛能够通过吸附作用去除废水中的汞离子;所述的纳米二氧化钛的粒径为5~100nm。
2.根据权利要求1所述的利用纳米二氧化钛去除废水中汞离子的方法，其特征在于，所述的纳米二氧化钛的粒径为100nm，其添加量以含汞废水的体积计为2.0g·L-1。
3.根据权利要求1所述的利用纳米二氧化钛去除废水中汞离子的方法，其特征在于，所述的纳米二氧化钛的粒径为5nm，其添加量以含汞废水的体积计为7.5g·L-1。
4.根据权利要求1所述的利用纳米二氧化钛去除废水中汞离子的方法，其特征在于，所述的纳米二氧化钛的粒径为25nm，其添加量以含汞废水的体积计为10.0g·L-1。
5.根据权利要求2或3所述的利用纳米二氧化钛去除废水中汞离子的方法，其特征在于，将所述的纳米二氧化钛分为等量的两份，每份连续地加入到废水中，两次间隔时间为15min。
6.根据权利要求2或3所述的利用纳米二氧化钛去除废水中汞离子的方法，其特征在于，调节废水的pH值为7~8。
7.根据权利要求6所述的利用纳米二氧化钛去除废水中汞离子的方法，其特征在于，废水的pH为8，吸附时间不少于5min。
8.根据权利要求7所述的利用纳米二氧化钛去除废水中汞离子的方法，其特征在于，粒径为100nm的纳米二氧化钛的添加量为2.0g·L-1，废水的初始Hg2+浓度为25mg·L-1，吸附时间为10min。
说明书
一种利用纳米二氧化钛去除废水中汞离子的方法
技术领域
本发明属于纳米材料应用和含重金属废水处理技术领域，具体涉及一种利用纳米二氧化钛去除废水中汞离子的方法。
背景技术
汞是一种常见的重金属污染物，具有高毒、难降解和生物富集的特点，易造成心血管、肾脏、胃肠、中枢神经系统的损伤。使用汞的行业很多，如采矿、石化、冶金和电气等，这在很大程度上增大了废水量。常用的去除废水中汞的方法包括化学沉淀法、离子交换法、膜过滤法、吸附法等;其中，吸附法操作简单、成本低、去除效果好、吸附剂来源多，被广泛应用。传统处理方法处理含汞废水有一个共同的缺点，即用于处理汞浓度为1~100mg/L的废水时操作费用和原材料成本相对较高，难以达到新的排放标准，且存在二次污染问题。我国2014年7月发布的《锡、锑、汞工业污染物排放标准》规定废水中汞的排放限值在2016年以前执行0.05mg/L。此外，钒工业、钢铁工业和铅锌工业等工业废水中汞的排放标准都有所提高。国外对含汞废水的排放和地表水中汞的浓度水平也非常严格。因此，含汞废水的排放问题是一个全球关注的重要环境问题，对我国这样一个淡水资源缺乏且污水排放相对严重的国家而言，重金属废水的处理问题显得更为重要和迫切。
纳米二氧化钛(TiO2)分为锐钛矿型，金红石型和板钛矿型3种晶型，前两者应用较多，外观均为白色粉末，尺寸在100nm以下。与普通块体材料相比，纳米颗粒随粒径的减小，其表面原子数急剧增加，表面积和表面结合能也随之增大，且表面原子具有不饱和性，因而具有较强的吸附能力。随着纳米技术在污染物处理方面的研究与发展，利用纳米TiO2的吸附特性处理含汞废水逐步受到国内外研究者的关注，如纳米孔炭(NC)及乙二胺修饰的NC材料(NC-EDA)、固载型纳米MnO2材料等。NC材料对汞离子具有吸附能力，经乙二胺修饰后，材料的吸附性能显著提高。壳聚糖负载纳米MnO2是去除含汞废水的有效材料，并解决了纳米MnO2不易与水分离的难题。
由于纳米TiO2具有良好的吸附性、抗光腐蚀性，且性能稳定，毒性小，有利于汞的安全回收，其吸附方法成为目前处理含汞废水最有发展前景的方法之一。但何种纳米TiO2材料的吸附效果最好、汞离子被吸附的最佳条件等因素都是本领域尚未解决的难题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述问题提供一种利用纳米二氧化钛去除废水中汞离子的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种利用纳米二氧化钛去除废水中汞离子的方法：将纳米二氧化钛添加到含汞废水中，调节废水的pH值为3~8，使纳米二氧化钛能够通过吸附作用去除废水中的汞离子;所述的纳米二氧化钛的粒径为100nm、5nm和25nm的任一种。
其中，纳米二氧化钛的添加量是粒径100nm的纳米二氧化钛2.0g·L-1，即每升废水中2.0g该粒径的纳米二氧化钛(下同);粒为径5nm的纳米二氧化钛7.5g·L-1或粒径为25nm的二氧化钛10.0g·L-1。
为了进一步提高吸附率，将粒径为100nm和5nm的纳米二氧化钛可以分等量的两份，每份连续地加入到废水中，两次间隔15min。
通过分析pH值对吸附的影响，当粒径100nm的纳米二氧化钛的添加量为2.0g·L-1或粒径5nm的纳米二氧化钛的添加量为7.5g·L-1时，优选地将废水的pH值调节为7~8;通过分析对吸附时间的影响，废水的pH=8，吸附时间不少于5min。
本方法最佳处理效果的条件是，粒径为100nm的纳米二氧化钛的添加量为2.0g·L-1，废水的初始Hg2+浓度为25mg·L-1，pH=8，吸附时间为10min。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、通过对模拟含汞废水的吸附实验，检验了三种不同粒径的纳米TiO2的吸附效果，并成功地确定了不同粒径纳米TiO2的最佳添加量等条件，有利于进一步选择最优吸附材料。在确定最佳添加量的前提下，选择较优的吸附材料，进一步验证不同因素对吸附汞离子的影响，并最终确定了本方法去除汞离子的最佳条件。
2、本发明提供的方法解决了何种纳米TiO2材料的吸附效果最好这一问题，也提供了汞离子被吸附的最佳条件，让使用纳米TiO2材料吸附汞离子在工业生产中应用成为可能。
3、本发明提供的方法中使用的纳米二氧化钛成本较低，也成功地解决了传统吸附方法中处理汞浓度为1~100mg/L的废水时操作费用和原材料成本相对较高的问题。
4、采用本发明提供的方法处理过的含汞废水能达到国家规定的排放标准，且不存在二次污染问题。