申请日2014.11.27
公开(公告)日2015.03.25
IPC分类号B01J20/22; C02F1/62; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本发明涉及一种处理含铅废水吸附剂的制备方法及应用，属于重金属废水处理技术领域。本发明所述方法对磷石膏进行预处理后采用十二烷基苯磺酸钠改性技术对磷石膏进行改性，然后进行超声处理，本发明制备的吸附剂可与废水中的重金属铅离子发生化学络合反应，从而实现重金属铅离子的去除。磷石膏本身具有较大的比表面积，经过本发明所述方法改进后可进一步使处理后的磷石膏具有较高的吸附容量，使之能够成为一种去除铅离子的优良吸附材料。本发明制备得到的吸附剂稳定性好、吸附容量高，处理含铅废水可以达到国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中对铅的排放要求。
权利要求书
1.一种处理含铅废水吸附剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)将磷石膏洗涤后除去杂质、减压抽滤，然后按每小时上升5-10℃的升温速率将温度升至160℃后保温14~18h，得到预处理后的磷石膏样品;
(2)按十二烷基苯磺酸钠与乙醇质量比为1:3~1:5的比例将十二烷基苯磺酸钠添加至乙醇中，在20~28℃环境下，搅拌0.2~1.2h，配制成有机改性溶液;
(3)按6~12g/30mL的比例将预处理后的磷石膏样品加至(2)中得到的有机改性溶液中配置成为半干反应物料，置于平底玻璃器皿中，均匀铺开，静置20min-60min，然后放入超声波反应器中，反应25-35min后取出样品，研磨后过120~180目筛，得到吸附剂。
2.权利要求1所述处理含铅废水吸附剂的制备方法制备得到的吸附剂用于处理含铅废水，其特征在于：将吸附剂以投加量为6~12g/L，废水中铅离子的浓度为40~60mg/L，处理温度为20~28℃，pH=7~8，混合并搅拌，接触50~90min后过滤，并测定处理后的滤液中铅离子的含量。
说明书
一种处理含铅废水吸附剂的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种处理含铅废水吸附剂的制备方法及应用，属于重金属废水处理技术领域。
背景技术
在生态水体环境中，含铅废水的主要来源是电镀、冶炼、铸造、农药、采矿、染料、石油、电池、机械、印刷等行业排放的工业废水以及空气中含铅颗粒物在水体中的沉降。电池工业是含铅废水的最主要来源， 据报道，每生产1个电池就造成铅的损失为4.54~6810mg，其次是石油工业生产汽油添加剂。铅属于第一类水污染物，按国家规定，含铅废水总铅含量在车间排放口必须达到第一类污染物最高允许浓度排放标准，即1mg/L。纵观国内外目前含铅废水的处理技术，应用较多、较成熟可靠的工艺主要有：化学沉淀法、离子交换法、电解法、吸附法、生物法、膜分离法等。但这些方法普遍存在处理效果不好、花费高等缺点。因此，寻找一种很好解决铅污染的办法，对于良好生态环境的维持，尤其是工业发达的城市生态环境是很重要的。
磷石膏是湿法生产磷酸工艺过程中产生的固体废弃物，其主要成分是CaSO4·2H2O，2006年5月国家环保总局以环函(2006)176号文的形式，将磷石膏定性为危险固体废弃物，列为国家固体废弃物污染环境的防治对象。因此磷石膏的无害化处理及综合利用成为工业固体废物资源化研究领域的热点之一。
磷石膏的资源化利用已成为磷肥行业实现可持续发展的关键。因此，如何综合利用磷石膏、控制磷石膏产生的污染、以废治废，提高磷石膏的利用价值，创造良好的社会效益和环境效益就显得尤其重要。磷石膏在利用上可以用于处理含铅废水，是一种以废治废的方法，但未经改性的磷石膏吸附容量与比表面积偏低，直接用来处理含铅废水不能达到国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中对铅的排放要求(<1mg/L)。
在公开号为CN1854094A的专利中公开了一种含铅废水的处理方法。该方法利用电渗析与离子交换的方法处理含铅废水。其工艺步骤为将所述含铅废水经沉淀处理后进入电渗析装置，在pH值6~9、浓淡水比例1：2~5、工作电流2~6A/cm2、废水流速100~300L/h条件下循环处理2 ~6次，电渗析后的淡水再以50~200I/h流速进入离子交换柱，得到处理过的水。但该方法存在以下缺点：(1)需要配套响应的污水处理设施，增加了处理成本;(2)处理后的废水仅达到回用标准，没有达到外排标准。
在公开号为CN1854094A的专利中公开了一种利用蘑菇培养基废料去除含铅工业废水的处理方法。该方法利用蘑菇培养基废料的方法处理含铅废水。其工艺步骤为用木屑、米糠、石膏和石灰，与水混匀制成的蘑菇培养基，经2~10月室内控温产菇过程，蘑菇培养基充分腐熟;待其不能产菇后，将培养基高温火菌并粉碎处理，制成蘑菇培养基废料生物吸附剂;用量为1~2kg/m3的生物吸附剂加入到含铅废水中，调节pH值，在温度20~30℃的条件下，利用压缩空气搅拌吸附，24~48小时后滤除吸附剂。但该方法存在以下缺点：(1)当吸附剂量用量大时，原料不易获取;(2)处理后的废料在解吸方面较为困难。
国外研究证明，未进行改性的磷石膏具有一定的吸附特性，在适宜的条件下对铅具有良好的吸附性能。同时吸附后的磷石膏经过干燥处理后能够作为建材再一次利用，从而实现了磷石膏资源化综合利用的过程。但目前国内外尚无利用十二烷基苯磺酸钠联合磷石膏制得的改性材料吸附剂处理铅蓄电池(含铅)废水的报道研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种处理含铅废水吸附剂的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将磷石膏洗涤后除去杂质、减压抽滤，然后按每小时上升5-10℃的升温速率将温度升至160℃后保温14~18h，得到预处理后的磷石膏样品;
(2)按十二烷基苯磺酸钠与乙醇质量比为1:3~1:5的比例将十二烷基苯磺酸钠添加至乙醇中，在20~28℃环境下，搅拌0.2~1.2h，配制成有机改性溶液;
(3)按6~12g/30mL的比例将预处理后的磷石膏样品加至步骤(2)中得到的有机改性溶液中配置成为半干反应物料，置于平底玻璃器皿中，均匀铺开，静置20min-60min，然后放入超声波反应器中，反应25-35min后取出样品，研磨后过120~180目筛，得到吸附剂。
本发明所述处理含铅废水吸附剂用于处理含铅废水：将吸附剂以投加量为6~12g/L，废水中铅离子的浓度为40~60mg/L，处理温度为20~28℃，pH=7~8，混合并搅拌，接触50~90min后过滤，并测定处理后的滤液中铅离子的含量。
本发明所述十二烷基苯磺酸钠与乙醇均为分析纯。
本发明所述十二烷基苯磺酸钠为阴离子表面活性剂，与磷石膏形成改性复合物材料，可与废水中的重金属铅离子发生化学络合反应，从而实现重金属铅离子的去除;磷石膏本身具有较大的比表面积，通过此改性方法，可进一步使处理后的磷石膏具有较高的吸附容量，使之能够成为一种去除铅离子的优良吸附材料。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明利用十二烷基苯磺酸钠改性磷石膏，增大了磷石膏的吸附能力，使其具有更好的吸附功能;
(2)本发明是将制得的吸附材料直接加入到含铅废水中，整个工艺不需要额外的动力能源、管材，整个反应过程在20～28℃条件下进行，因而操作条件简单、容易实施，工程成本低;
(3)本发明能够实现对废水中铅的去除，且总体吸附量较高，最佳理论条件下，该新型吸附材料对铅的吸附量可达42.8mg/g，因而对含铅工业废水的治理和水环境的改善具有重要的实际意义;
(4)本发明为实现磷石膏综合利用产业化提供了依据，且有利于废水处理工艺和实施过程的自动化控制和机械化程度的提高。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
(1)利用蒸馏水将磷石膏充分洗涤除去杂质，减压抽滤后，将样品置于箱式马弗炉中，采用程序升温的方式(每小时上升5℃，直至160℃时停止升温)进行加热14h，研磨磷石膏过120目筛，得到预处理后的磷石膏样品;
(2)将4g十二烷基苯磺酸钠溶于12g乙醇中，在20℃下搅拌0.2h，得到有机改性溶液;
(3)将6g预处理后的磷石膏添加至30mL步骤(2)中得到的有机改性溶液中配置成为半干反应物料，置于平底玻璃器皿中，均匀铺开，静置20min，把准备好的半干反应物放入超声波反应器中，反应时间25min，在这一反应过程中，乙醇溶液逐渐蒸发减少，样品逐步变干，取出样品，研磨后过120目筛，得到吸附剂。
(4)将吸附剂以投加量为6g/L，废水中铅离子的浓度为40mg/L，处理温度为20℃，pH=7，混合并搅拌，接触50分钟后过滤，处理后的滤液中铅离子的含量为0.9mg/L。
实施例2
(1)利用蒸馏水将磷石膏充分洗涤除去杂质，减压抽滤后，将样品置于箱式马弗炉中，采用程序升温的方式(每小时上升8℃，直至160℃时停止升温)进行加热16h，研磨磷石膏过160目筛，得到预处理后的磷石膏样品;
(2)将4g十二烷基苯磺酸钠溶于16g乙醇中，在25℃下搅拌0.6h，得到有机改性溶液;
(3)将8g预处理后的磷石膏添加至30mL步骤(2)中得到的有机改性溶液中配置成为半干反应物料，置于平底玻璃器皿中，均匀铺开，静置40min，把准备好的半干反应物放入超声波反应器中，反应时间30min，在这一反应过程中，乙醇溶液逐渐蒸发减少，样品逐步变干，取出样品，研磨后过160目筛，得到吸附剂。
(4)将吸附剂以投加量为8g/L，废水中铅离子的浓度为50mg/L，处理温度为25℃，pH=7，混合并搅拌，接触60分钟后过滤，处理后的滤液中铅离子的含量为0.7mg/L。
实施例3
(1)利用蒸馏水将磷石膏充分洗涤除去杂质，减压抽滤后，将样品置于箱式马弗炉中，采用程序升温的方式(每小时上升10℃，直至160℃时停止升温)进行加热18h，研磨磷石膏过180目筛，得到预处理后的磷石膏样品;
(2)将4g十二烷基苯磺酸钠溶于20g乙醇中，在28℃下搅拌1.2h，得到有机改性溶液;
(3)将12g预处理后的磷石膏添加至30mL步骤(2)中得到的有机改性溶液中配置成为半干反应物料，置于平底玻璃器皿中，均匀铺开，静置60min，把准备好的半干反应物放入超声波反应器中，反应时间35min，在这一反应过程中，乙醇溶液逐渐蒸发减少，样品逐步变干，取出样品，研磨后过180目筛，得到吸附剂。
(4)将吸附剂以投加量为12g/L，废水中铅离子的浓度为60mg/L，处理温度为28℃，pH=8，混合并搅拌，接触90分钟后过滤，处理后的滤液中铅离子的含量为0.4mg/L。
对比例1
(1)利用蒸馏水将磷石膏充分洗涤除去杂质，减压抽滤后，将样品置于箱式马弗炉中，采用程序升温的方式(每小时上升5℃，直至160℃时停止升温)进行加热14h，研磨磷石膏过120目筛，得到预处理后的磷石膏样品;
(2)将步骤(1)中磷石膏以投加量为6g/L，废水中铅离子的浓度为40mg/L，处理温度为20℃，pH=7，混合并搅拌，接触50分钟后过滤，处理后的滤液中铅离子的含量为20.4mg/L。
对比例2
(1)利用蒸馏水将磷石膏充分洗涤除去杂质，减压抽滤后，将样品置于箱式马弗炉中，采用程序升温的方式(每小时上升8℃，直至160℃时停止升温)进行加热16h，研磨磷石膏过160目筛，得到预处理后的磷石膏样品;
(2)将步骤(1)中磷石膏以投加量为8g/L，废水中铅离子的浓度为50mg/L，处理温度为25℃，pH=7，混合并搅拌，接触60分钟后过滤，处理后的滤液中铅离子的含量为23.8mg/L。
对比例3
(1)利用蒸馏水将磷石膏充分洗涤除去杂质，减压抽滤后，将样品置于箱式马弗炉中，采用程序升温的方式(每小时上升10℃，直至160℃时停止升温)进行加热18h，研磨磷石膏过180目筛，得到预处理后的磷石膏样品;
(2)将步骤(1)中磷石膏以投加量为12g/L，废水中铅离子的浓度为60mg/L，处理温度为28℃，pH=8，混合并搅拌，接触90分钟后过滤，处理后的滤液中铅离子的含量为25.1mg/L。