申请日2015.03.27
公开(公告)日2015.07.22
IPC分类号C02F9/02; B01J20/20; C02F1/28
摘要
本发明提供了一种选择性富集分离电镀废水中Cu(II)和Cr(VI)的串联吸附柱，包括第一吸附柱和第二吸附柱，第一吸附柱和第二吸附柱的外壳上设置有进水口和出水口，第一吸附柱和第二吸附柱的外壳中装有柱填料，第一吸附柱外壳上设置的出水口通过管件与第二吸附柱外壳上设置进水口相连，管件上设置有控制阀;第一吸附柱外壳中的柱填料为硝酸改性的核桃壳基颗粒活性炭，第二吸附柱外壳中的柱填料为钛精矿改性的核桃壳基颗粒活性炭。本发明所述串联吸附柱能够实现对电镀废水中的Cu(II)和Cr(VI)进行选择性吸附，降低分离、富集Cu(II)和Cr(VI)的成本。
摘要附图
权利要求书
1.一种选择性富集分离电镀废水中Cu(II)和Cr(VI)的串联吸附柱，其特征在于包括第一 吸附柱(1)和第二吸附柱(2)，所述第一吸附柱和第二吸附柱的外壳上设置有进水口和出 水口，所述第一吸附柱和第二吸附柱的外壳中装有柱填料，第一吸附柱外壳上设置的出水口 通过管件(3)与第二吸附柱外壳上设置进水口相连，所述管件(3)上设置有控制阀(4);
第一吸附柱外壳中的柱填料为硝酸改性的核桃壳基颗粒活性炭(5)，硝酸改性的核桃壳 基颗粒活性炭(5)的制备方法为：将核桃壳基活性炭与浓度为1～9mol/L的硝酸混合，在60～80℃ 搅拌至干燥，然后用水洗涤至洗出液的pH值恒定后干燥、过筛，浓度为1～9mol/L的硝酸的用 量为：每1kg核桃壳基活性炭加入5～15L所述硝酸;
第二吸附柱外壳中的柱填料为钛精矿改性的核桃壳基颗粒活性炭(6)，钛精矿改性的核 桃壳基颗粒活性炭(6)的制备方法为：将核桃壳颗粒与钛精矿粉末混合均匀，然后将其与浓 度为10～60wt.%的磷酸混合，烘干后在氮气保护下加热至400～600℃并在该温度保温 30～90min，再用水洗涤至洗出液的pH值恒定后干燥、过筛，每1kg核桃壳颗粒加入1～3L所述 磷酸。
2.根据权利要求1所述的选择性富集分离电镀废水中Cu(II)和Cr(VI)的串联吸附柱，其特 征在于所述第一吸附柱(1)和第二吸附柱(2)的柱填料下方设置有第一玻璃纤维层(7)， 所述第一吸附柱(1)和第二吸附柱(2)的柱填料上方设置有第二玻璃纤维层(8)。
3.根据权利要求2所述的选择性富集分离电镀废水中Cu(II)和Cr(VI)的串联吸附柱，其特 征在于所述第一吸附柱和第二吸附柱外壳上设置的进水口位于第二玻璃纤维层(8)的上方， 第一吸附柱和第二吸附柱外壳上设置的出水口位于第一玻璃纤维层(7)的下方;或者，第一 吸附柱和第二吸附柱外壳上设置的进水口位于第一玻璃纤维层的(7)的下方，第一吸附柱和 第二吸附柱外壳上设置的出水口位于第二玻璃纤维层(8)的上方。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的选择性富集分离电镀废水中Cu(II)和Cr(VI) 的串联吸附柱，其特征在于所述第一吸附柱(1)和第二吸附柱(2)外壳中设置有与所述进 水口相通的布水器(9)。
5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的选择性富集分离电镀废水中Cu(II)和Cr(VI) 的串联吸附柱，其特征在于连接第一吸附柱(1)和第二吸附柱(2)的管件(3)上设置有取 样口(10)。
6.根据权利要求1至3中任一权利要求所述用于选择性富集分离电镀废水中Cu(II)和Cr(VI) 的串联吸附柱，其特征在于制备钛精矿改性的核桃壳基颗粒活性炭(6)时，钛精矿粉添加的 量为核桃壳颗粒质量的0.1%～5%。
7.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的选择性富集分离电镀废水中Cu(II)和Cr(VI) 的串联吸附柱，其特征在于所述过筛是指过5～20目的筛。
8.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的选择性富集分离电镀废水中Cu(II)和Cr(VI) 的串联吸附柱，其特征在于所述核桃壳基活性炭的制备方法为：将核桃壳颗粒与浓度为 10～60wt.%的磷酸混合，在400～600℃活化反应30～90min，浓度为10～60wt.%的磷酸的用量为： 每1kg核桃壳颗粒加入1～3L所述磷酸。
9.根据权利要求8所述的选择性富集分离电镀废水中Cu(II)和Cr(VI)的串联吸附柱，其特 征在于所述核桃壳颗粒的颗粒大小为5～20目。
10.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的选择性富集分离电镀废水中Cu(II)和Cr(VI) 的串联吸附柱，其特征在于所述核桃壳颗粒的颗粒大小为5～20目。
说明书
一种选择性富集分离电镀废水中Cu(II)和Cr(VI)的串联吸附柱
技术领域
本发明属于电镀废水处理和重金属回收领域，特别涉及一种用于选择性富集分离水样中二价铜离子和六价铬离子的串联吸附柱。
背景技术
随着工业的迅速发展，废水排放造成的污染日益严重，我国电镀行业年排放废水量超过40亿吨，占全国工业废水排放总量的1/6以上。因镀件功能要求、电镀工艺条件不同等原因，电镀废水的水质复杂，但电镀废水中常见的污染物有以铬、铜、镍为主的重金属离子，以及酸、碱类物质等，这些重金属污染物具有很大的毒性，存在致癌、致突变的危险，因此，开发低成本、高效率去除和回收废水中重金属离子的设备和方法，一直是电镀废水处理领域的研究热点。
现有电镀废水的处理方法主要有化学法、离子交换法、电解法、膜分离法、生物法以及吸附法等，其中，吸附法具有处理效率高、吸附剂可重复再生使用、二次污染小和操作灵活度大等特点，是一种有效的去除电镀废水中重金属离子的方法。采用吸附法去除重金属离子时，多直接向废水中直接投加粉末状的活性炭进行吸附处理，只有为数不多的研究以填充活性炭填料的吸附柱对重金属离子进行吸附处理。现有的吸附柱往往是以单一品种的活性炭作为柱填料，此类吸附柱只能无选择性地同时吸附电镀废水中的各种金属离子，存在着无法直接回收有价值重金属离子的不足，若要实现各种重金属离子的分类回收，则必须增加额外的操作工序对吸附在吸附柱上的各种重金属离子进行分离，但增加操作工序直接导致操作复杂和成本过高，而且不利于回收重金属离子工作效率的提高。此外，现有吸附柱的柱填料往往以煤基活性炭为主，该类柱填料的价格昂贵，因而柱填料吸附达饱和后需要反复再生使用，但再生柱填料的操作复杂，再生费用高昂，并且再生时无法实现对吸附的混合重金属离子进行分离，这些都严重地限制了现有活性炭吸附柱的大规模推广和应用。因此，开发出成本低廉、具有选择性吸附能力、能在处理电镀废水的同时实现重金属离子的分离、富集的吸附柱，对于电镀废水的处理和重金属离子的回收都具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种选择性富集分离电镀废水中Cu(II)和Cr(VI)的串联吸附柱，以实现对电镀废水中的Cu(II)和Cr(VI)进行选择性吸附，降低分离、富集Cu(II)和Cr(VI)的成本。
本发明所述选择性富集分离电镀废水中Cu(II)和Cr(VI)的串联吸附柱，包括第一吸附柱和第二吸附柱，所述第一吸附柱和第二吸附柱的外壳上设置有进水口和出水口，所述第一吸附柱和第二吸附柱的外壳中装有柱填料，第一吸附柱外壳上设置的出水口通过管件与第二吸附柱外壳上设置进水口相连，所述管件上设置有控制阀;
第一吸附柱外壳中的柱填料为硝酸改性的核桃壳基颗粒活性炭，硝酸改性的核桃壳基颗粒活性炭的制备方法为：将核桃壳基活性炭与浓度为1～9mol/L的硝酸混合，在60～80℃搅拌至干燥，然后用水洗涤至洗出液的pH值恒定后干燥、过筛，浓度为1～9mol/L的硝酸的用量为：每1kg核桃壳基活性炭加入5～15L所述硝酸;
第二吸附柱外壳中的柱填料为钛精矿改性的核桃壳基颗粒活性炭，钛精矿改性的核桃壳基颗粒活性炭的制备方法为：将核桃壳颗粒与钛精矿粉末混合均匀，然后将其与浓度为10～60wt.%的磷酸混合，烘干后在氮气保护下加热至400～600℃并在该温度保温30～90min，再用水洗涤至洗出液的pH值恒定后干燥、过筛，每1kg核桃壳颗粒加入1～3L所述磷酸。
上述串联吸附柱的技术方案中，所述第一吸附柱和第二吸附柱的柱填料下方设置有第一玻璃纤维层，所述第一吸附柱和第二吸附柱的柱填料上方设置有第二玻璃纤维层。
上述串联吸附柱的技术方案中，所述第一吸附柱和第二吸附柱外壳上设置的进水口位于第二玻璃纤维层的上方，第一吸附柱和第二吸附柱外壳上设置的出水口位于第一玻璃纤维层的下方;或者，第一吸附柱和第二吸附柱外壳上设置的进水口位于第一玻璃纤维层的下方，第一吸附柱和第二吸附柱外壳上设置的出水口位于第二玻璃纤维层的上方。
上述串联吸附柱的技术方案中，所述第一吸附柱和第二吸附柱外壳中设置有与所述进水口相通的布水器，以利于进水在柱填料中均匀分布，提高柱填料的利用率。
上述串联吸附柱的技术方案中，连接第一吸附柱和第二吸附柱的管件上设置有取样口，以方便监测第一吸附柱出水的水质情况。
上述串联吸附柱的技术方案中，制备钛精矿改性的核桃壳基颗粒活性炭时，钛精矿粉添加的量为核桃壳颗粒质量的0.1%～5%。
上述串联吸附柱的技术方案中，硝酸改性的核桃壳基颗粒活性炭的制备方法和钛精矿改性的核桃壳基颗粒活性炭的制备方法中的过筛是指过5～20目的筛。
上述串联吸附柱的技术方案中，所述核桃壳基活性炭的制备方法为：将核桃壳颗粒与浓度为10～60wt.%的磷酸混合，在400～600℃活化反应30～90min，浓度为10～60wt.%的磷酸的用量为：每1kg核桃壳颗粒加入1～3L所述磷酸。
上述串联吸附柱的技术方案中，在制备钛精矿改性的颗粒活性炭时，优选采用温度为 70～90℃的水进行洗涤。
上述串联吸附柱的技术方案中，钛精矿改性的核桃壳基颗粒活性炭的制备方法和核桃壳基活性炭的制备方法所述核桃壳颗粒的颗粒大小均为5～20目。
上述串联吸附柱的技术方案中，洗涤用水优选为蒸馏水或者去离子水。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明提供了一种新型的串联吸附柱，由于该串联吸附柱中的第一吸附柱能选择性地吸附水样中的Cu(II)，第二吸附柱能选择性地吸附水样中的Cr(VI)，因此，使用本发明所述串联吸附柱处理电镀废水的同时，还能实现对电镀废水中Cu(II)和Cr(VI)进行分离和富集，回收有价值的重金属，不但能简化从电镀废水中回收重金属的操作，而且能降低分离回收重金属的成本。
2.由于本发明所述串联吸附柱由填充硝酸改性的核桃壳基颗粒活性炭的第一吸附柱与填充钛精矿改性的核桃壳基颗粒活性炭的第二吸附柱串联而成，第一、第二吸附柱的填料种类以及二者的串联方式使得电镀废水经过第一吸附柱处理后，其出水的pH值降到2～4范围，该pH值范围正好是第二吸附柱吸附Cr(VI)的最佳条件，因此无需调节废水酸碱度即可直接实现第二吸附柱对Cr(VI)的高效吸附，采用本发明的串联吸附柱分离回收电镀废水中的Cu(II)和Cr(VI)，具有操作简单和处理效率高的优势。
3、本发明所述串联吸附柱的柱填料以核桃壳为原料制备而成，核桃壳是一种农业废弃物，以其为原料生产柱填料，不但成本极其低廉，而且实现了废弃物的资源化利用、以废治废，由于生产成本非常低廉，因此本发明的柱填料可一次性使用，避免了柱填料反复再生造成的废水处理和重金属回收成本过高的问题，从而有利于实现大规模的推广应用。