申请日2015.07.02
公开(公告)日2018.02.16
IPC分类号B01J20/22; B01J20/30; C02F1/28
摘要
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种处理阳离子染料废水的吸附剂及其制备方法和应用，所述的吸附剂包括刚果红和氟化钙进行杂化反应后制备的杂化吸附剂，所述杂化吸附剂由以下摩尔质量份数的原料制成：0.05～0.10份的刚果红、0.5～8份的氯化钙、1.25～25份的氟化钠，所述吸附剂还包括四氧化三铁，所述杂化吸附剂与四氧化三铁的摩尔质量比为2～10:1。本发明利用有机染料配体刚果红与无机骨架材料CaF2进行杂化反应制备成杂化吸附剂，使其同四氧化三铁共混后制备一种环保杂化吸附剂，其成本低、制作工艺简单，并采用传统的吸附法对阳离子染料废水进行吸附处理，制备出的杂化材料绿色环保，符合可持续发展，能达到“以废治废”的绿色化学理念。
权利要求书
1.一种处理阳离子染料废水的吸附剂，其特征在于，所述的吸附剂包括刚果红和氟化钙进行杂化反应后制备的杂化吸附剂，所述杂化吸附剂由以下摩尔质量份数的原料制成：
刚果红 0.05～0.10份
氯化钙 0.5～8份
氟化钠 1.25～25份;
所述吸附剂还包括四氧化三铁，所述杂化吸附剂与四氧化三铁的摩尔质量比为2～10:1;
所述处理阳离子染料废水的吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备杂化吸附剂：称取摩尔质量份数为0.05～0.10份的刚果红、0.5～8份的氯化钙、1.25～25份的氟化钠，分别溶于蒸馏水中，在磁力搅拌的条件下，制备成刚果红溶液、氯化钙溶液和氟化钠溶液，按照反应物加入顺序，于烧杯中依次加入刚果红溶液、氟化钠溶液和氯化钙溶液，反应15min， 自然沉降20～24小时，去除上清液，用蒸馏水清洗2-3次，后制得杂化吸附剂的悬浊液;
步骤二：制备四氧化三铁：取FeCl3·6H2O溶于蒸馏水，N2保护下振荡30min，取FeCl2·4H2O溶于蒸馏水后，加入上述溶液，振荡30min后，制成混合溶液，将NaOH滴加入所述混合溶液中，滴加完毕后，振荡60min，然后加热至90℃，再反应2h，磁分离获得Fe3O4，依次釆用水、乙醇和丙酮洗涤，40℃下干燥制得;
步骤三：吸附剂的制备：取摩尔质量份数为1份的Fe3O4加入到蒸馏水中，超声后加入到摩尔质量份数为2～10份杂化吸附剂的悬浊液中，继续超声，室温下振荡成均质、干燥制得。
2.根据权利要求1所述的一种处理阳离子染料废水的吸附剂，其特征在于，所述杂化吸附剂由以下摩尔质量份数的原料制成：
刚果红 0.05～0.06份
氯化钙 0.8～5份
氟化钠 2.5～12.5份。
3.根据权利要求1所述的一种处理阳离子染料废水的吸附剂，其特征在于，所述杂化吸附剂由以下摩尔质量份数的原料制成：
刚果红 0.052份
氯化钙 1份
氟化钠 2.5份。
4.一种处理阳离子染料废水的吸附剂的应用，其特征在于，所述吸附剂为权利要求1～2任一项所述的吸附剂，利用所述吸附剂处理阳离子染料废水的方法包括以下步骤：在室温下，当吸附剂加入量为15～25mg，阳离子染料初始浓度为200～300mg/L时，溶液离子强度为0.06～2mol/L，调节所述阳离子染料废水的pH值为7，吸附30min;
所述吸附剂的加入量为17.77mg，所述阳离子染料初始浓度为240mg/L，所述溶液离子强度为0.06 mol/L;
所述的阳离子染料废水为乙基紫染料废水。
说明书
一种处理阳离子染料废水的吸附剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种处理阳离子染料废水的吸附剂及其制备方法和应用。
背景技术
伴随工业技术的飞速发展，染料的种类和数目不断增加，有数据显示，世界染料年产量约为800kt～900kt。我国是工业废水排放的大户，染料年产量约150kt，位居世界前列，染料在印染、医药、化妆品和食品等行业中已被广泛应用。工业的迅速发展使得各种新型染料不断被投产使用，染料废水水质也随之越来越复杂，其对环境造成的污染日趋严重。根据染料的不同特性可对染料进行不同的分类，根据染料染色时应用特性可将染料分为：直接染料、硫化染料、还原染料、酸性染料、酸性络合染料、反应性染料、冰染染料、氧化染料、分散染料、碱性染料;在环境工程领域经常根据染料分子在水溶液中解离出来的离子态而分为：阴离子染料，如直接染料、酸性染料;阳离子染料，如碱性染料;非离子型染料，如分散染料。染料种类成千上万，虽给人们的生活带来绚丽多彩的颜色并产生巨大的经济效益，但排放到水体环境中的大量染料废水，却对自然水体造成了不可估量的破坏。
染料废水一般具有如下特点：(1)无论单位产品排水量还是全行业排水总量均有水量大的特点;(2)有机物为污染物的主要组成成分，但是其中容易降解的比例很小，因而用生物处理方法处理难度较大;(3)基本上，污染物均具有有毒有害性质;(4)不同染料其产生的废水色度相差较大，但是总体染料废水的色泽都比较深;(5)属于高浓度有机废水，其中退浆、煮练等工序废水更是属于极高浓度。如今，国内外对工业废水的治理已经从开始单纯的三废治理转向采用少废、无废的生产工艺，“以废治废”绿色化学的理念更是得到了各国科学家的推崇。染料废水具有色度高、成分复杂、含盐量高、COD刚果红浓度高、可生化性差等特点，难以采用传统的废水处理工艺和材料进行治理，成为当今工业废水处理的难点。因此，研发吸附效果好、成本低、操控简单的新型环境功能材料应用于染料废水处理具有重要的实际意义以及广阔的应用前景。
为了达到有效染料废水的目的，现有技术中针对处理染料废水的技术进行的大量的研究，并取得了一定的成果，现有的处理染料废水方法主要有膜分离法、萃取法、辐射法、氧化法、混凝法、生物法和吸附法。吸附法以其能够选择性地富集某些化合物的特性在废水处理领域有着特殊的地位。吸附是指固体表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面能，当某些物质碰撞固体表面时，受到这些不平衡力的吸引而停留在固体表面上。吸附的结果是吸附质在吸附剂上浓集，吸附的表面能降低。吸附技术就是利用多孔性固体吸附废水中某种或几种污染物，以回收或去除某些污染物，从而也是使废水得到净化的方法吸附法中常用的吸附剂有活性炭、树脂、矿物、废弃物等。染料废水的吸附脱色有两种机理：吸附和离子交换，吸附效率受很多理化因素的影响，如染料—吸附剂的相互作用、吸附剂的比表面积、吸附剂的颗粒尺寸、温度、pH值和吸附时间等。但现有的吸附剂需要经过复杂的制备过程和多种原料经冗长的化学改性制得，且针对染料废水的吸附效率不高，制备工艺复杂成本高，不利于推广。寻找廉价高效的环保材料应用于染料废水处理，不仅能够极大提高印染行业的水资源综合利用效益，而且对我国经济“绿色消费”和“可持续发展”有着十分重要的意义。
由此可见，能否发明出一种新型的用于染料废水的吸附剂，使其具有原料易得，成本低，制备工艺简单，且制备的吸附剂具有针对性，对相应染料废水处理效率高的优点，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供过一种用于染料废水的吸附剂及其制备方法和应用，利用有机染料配体刚果红与无机骨架材料CaF2进行杂化反应制备成杂化吸附剂，将杂化吸附剂同四氧化三铁共混制备成本发明的环保杂化吸附剂，其成本低、制作工艺简单，并采用传统的吸附法对阳离子染料废水进行吸附处理，制备出的杂化材料绿色环保，符合可持续发展，能达到“以废治废”的绿色化学理念。
“有机/无机杂化材料”是指有机物和无机物以物理或者化学作用相结合的一种多相结构的材料，该材料中至少有一相或者有一维的尺寸是在纳米级的，因而有机/无机杂化材料与传统的复合材料在结构与性能上有明显不同。与结构单一的有机、无机聚合物相比，有机无机杂化材料明显的性能优势在光学透明性、可调折射率、力学性能、耐温性能、耐磨性、柔韧性、功能性等方面。
为了达到上述技术效果，本发明的技术方案包括：
一种处理阳离子染料废水的吸附剂，所述的吸附剂包括刚果红和氟化钙进行杂化反应后制备的杂化吸附剂，所述杂化吸附剂由以下摩尔质量份数的原料制成：
刚果红 0.05～0.10份
氯化钙 0.5～8份
氟化钠 1.25～25份。
优选地，所述杂化吸附剂由以下摩尔质量份数的原料制成：
刚果红 0.05～0.06份
氯化钙 0.8～5份
氟化钠 2.5～12.5份。
更优选地，所述杂化吸附剂由以下摩尔质量份数的原料制成：
刚果红 0.052份
氯化钙 1份
氟化钠 2.5份。
所述吸附剂还包括四氧化三铁，所述杂化吸附剂与四氧化三铁的摩尔质量比为2～10:1。
一种处理阳离子染料废水的吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备杂化吸附剂：称取摩尔质量份数为0.05～0.10份的刚果红、0.5～8份的氯化钙、1.25～25份的氟化钠，分别溶于蒸馏水中，在磁力搅拌的条件下，制备成刚果红溶液、氯化钙溶液和氟化钠溶液，按照反应物加入顺序，于烧杯中依次加入刚果红溶液、氟化钠溶液和氯化钙溶液，反应15min。自然沉降20～24小时，去除上清液，用蒸馏水清洗2-3次，后制得杂化吸附剂的悬浊液;
步骤二：制备四氧化三铁：取FeCl3·6H2O溶于蒸馏水，N2保护下振荡30min，取FeCl2·4H2O溶于蒸馏水后，加入上述溶液，振荡30min后，制成混合溶液，将NaOH滴加入所述混合溶液中，滴加完毕后，振荡60min，然后加热至90℃，再反应2h，磁分离获得Fe3O4，依次釆用水、乙醇和丙酮洗涤，40℃下干燥制得;
步骤三：吸附剂的制备：取摩尔质量份数为1份的Fe3O4加入到蒸馏水中，超声后加入到摩尔质量份数为2～10份杂化吸附剂的悬浊液中，继续超声，室温下振荡成均质、干燥制得。
一种处理阳离子染料废水的吸附剂的应用，所述吸附剂为上述吸附剂，利用所述吸附剂处理阳离子染料废水的方法包括以下步骤：在室温下，当吸附剂加入量为15～25mg，阳离子染料初始浓度为200～300mg/L时，溶液离子强度为0.06～2mol/L，调节所述阳离子染料废水的pH值为7，吸附30min。
所述吸附剂的加入量为17.77mg，所述阳离子染料初始浓度为240mg/L，所述溶液离子强度为0.06mol/L。
所述的阳离子染料废水为乙基紫染料废水。
本发明的有益效果包括：本发明利用有机染料配体刚果红与无机骨架材料CaF2进行杂化反应，制备一种环保杂化吸附剂，其成本低、制作工艺简单，并采用传统的吸附法对阳离子染料废水进行吸附处理，制备出的杂化材料绿色环保，符合可持续发展，能达到“以废治废”的绿色化学理念，同时本发明的吸附剂中还共混有四氧化三铁，使得针对阳离子染料废水的吸附能力加强，尤其是针对乙基紫染料废水，具有较优的处理效果。本发明以刚果红与无机骨架材料CaF2进行杂化反应制成杂化吸附剂，将杂化吸附剂同四氧化三铁共混制备本发明吸附剂，通过反应原料的选择、原料配比实验合成了吸附材料产品，测定产物组成，并考察了不同条件下有机物的吸附效果，判断最优吸附条件。使得本发明的吸附剂在处理阳离子染料废水时，具有较优的效果。