申请日2011.03.15
公开(公告)日2011.09.28
IPC分类号B01J39/18; C02F1/52; C02F1/62; C02F1/42
摘要
本文提供了阳离子交换剂和除去废水中的重金属离子的方法。更具体地，提供了一种阳离子交换剂，包括选自包括王菜(molokheiya)、小松菜(komatsuna)、鸭儿芹(Japanese honeywort)、雪菜(potherb mustard)和菠菜(spinach)的组中的至少一种叶菜。
权利要求书 [支持框选翻译]
1.一种阳离子交换剂，包括选自包括王菜(Corchorus olitorius)、小松菜(Brassica rapa var.peruviridis)、鸭儿芹(Cryptotaeniajaponica)、雪菜(Brassica rapa var.nipposinica)和菠菜(Spinacia oleracea)的组中的至少一种叶菜。
2.根据权利要求1所述的阳离子交换剂，包括王菜。
3.根据权利要求1所述的阳离子交换剂，包括所述叶菜的干燥叶、干燥茎或干燥根。
4.一种除去废水中的重金属离子的方法，至少包括吸附步骤，使包括所述重金属离子的废水与包括选自包括王菜、小松菜、鸭儿芹、雪菜和菠菜的组中的至少一种叶菜的阳离子交换剂接触，从而使所述重金属离子的一部分被吸附在所述阳离子交换剂上。
5.根据权利要求4所述的除去废水中的重金属离子的方法，其中，包括王菜的阳离子交换剂被用作所述阳离子交换剂。
6.根据权利要求4所述的除去废水中的重金属离子的方法，其中，包含所述叶菜的干燥叶、干燥茎或干燥根的阳离子交换剂被用作所述阳离子交换剂。
7.根据权利要求4所述的除去废水中的重金属离子的方法，其中，所述吸附步骤以将所述废水供料流过包括所述阳离子交换剂的吸附层的方式实施。
8.根据权利要求7所述的除去废水中的重金属离子的方法，在所述吸附步骤之前，进一步包括：
向包括所述重金属离子的所述废水中加入碱以使所述废水变为碱性并使所述重金属离子的至少一部分不溶，从而形成悬浮固体物;和
向所述废水加入无机凝结剂，从而凝聚和沉淀所述悬浮固体物。
9.根据权利要求8所述的除去废水中的重金属离子的方法，在所述吸附步骤之前，进一步包括通过固液分离从所述废水中分离和除去所述悬浮固体物。
10.根据权利要求9所述的除去废水中的重金属离子的方法，在所述吸附步骤之前，进一步包括通过向所述废水中加入聚合物凝结剂来促进所述悬浮固体物的凝聚和沉淀并从所述废水中分离和除去所述悬浮固体物和所述聚合物凝结剂。
11.根据权利要求8所述的除去废水中的重金属离子的方法，进一步包括将包括所述悬浮固体物的所述废水供料流过所述吸附层，并使所述悬浮固体物在所述吸附层中经历固液分离，从而将所述悬浮固体物从所述废水中除去和分离。
12.根据权利要求11所述的除去废水中的重金属离子的方法，在所述吸附步骤之前，进一步包括向所述废水中加入聚合物凝结剂，从而促进所述悬浮固体物的凝聚和沉淀，并使所述悬浮固体物和所述聚合物凝结剂在所述吸附层中经历固液分离，从而将所述悬浮固体物和所述聚合物凝结剂从所述废水中除去和分离。
13.根据权利要求11所述的除去废水中的重金属离子的方法，进一步包括预先在所述吸附层中混合聚合物凝结剂，将包括所述悬浮固体物的所述废水供料流过所述吸附层，并使所述悬浮固体物在所述吸附层中经历所述固液分离，从而将所述悬浮固体物从所述废水中除去和分离。
14.根据权利要求10、12和13中任一项所述的除去废水中的重金属离子的方法，其中，非离子聚合物凝结剂和/或阴离子聚合物凝结剂被用作所述聚合物凝结剂。
15.根据权利要求14所述的除去废水中的重金属离子的方法，其中，聚丙烯酰胺和/或其水解产物被用作所述聚合物凝结剂。
说明书 [支持框选翻译]
阳离子交换剂和除去废水中的重金属离子的方法
技术领域
本发明涉及一种由作为原料的植物生物质制备的阳离子交换剂(cation exchanger)以及一种通过利用该阳离子交换剂从含重金属离子的废水中除去重金属离子的方法。
背景技术
对于环境保护来说，防止通过重金属离子的水污染是一个重大的技术挑战。增多的重金属离子毒性的认识导致关于对重金属离子排放的法规的严厉程度逐步增大。为了符合这些排放法规，对于在低成本下能够有效地且尽可能容易地从含重金属离子的废水除去重金属离子的离子除去方法存在需要。
已经提出了例如从工厂废水除去重金属离子的许多方法，如凝聚(聚集，aggregation)和沉淀、离子交换、吸附例如在活性炭上、电吸附和磁吸附。
例如，作为凝聚和沉淀方法，日本专利申请临时公开No.Hei 9-117776(权利要求1，第2-4页)(下文，称为专利文献1)提出，一种首先通过向含重金属离子的废水加入碱以形成氢氧化物而使大多数重金属离子不溶解，然后通过利用纤维素滤器进行过滤而除去凝聚体的方法。
通过使废水变为碱性而使重金属离子不溶解的方法，不可能除去残余离子，如即使在碱性条件下在水溶液中保持可溶的离子和在碱性条件下通过形成复合离子而变得可溶的离子。结果，仅通过凝聚和沉淀方法经常很难将废水中的重金属离子的浓度降低到满足排放法规的浓度。为此，在凝聚沉淀处理之后的水溶液额外地通过离子交换或吸附方法进行处理，以将废水中的重金属离子的浓度降低到规定值以下。
例如，以下描述的日本专利申请临时公开No.8-168798(权利要求1，第2-5页，图1)(下文，称为专利文献2)提出了一种通过向其中加入碱而将含重金属的废水中的重金属作为氢氧化物凝聚、通过固液分离而分离凝聚体以及通过在螯合树脂或弱酸性阳离子交换树脂上进行吸附而除去碱性废水中的重金属离子，从而除去含重金属的废水中的重金属离子的方法，其特征在于固液分离之后的碱性废水的pH被调节为5以下，然后废水中的重金属离子通过在螯合树脂或弱酸性阳离子交换树脂上进行吸附而被除去，其中60～100当量%的交换基团的形式为碱金属形式或碱土金属形式并且其0～40当量%为H形式。
专利文献2描述了，通过在固液分离之后将碱性废水酸化至pH 5以下以使废水中的作为超细氢氧化物和碳酸盐包含的重金属元素溶解为离子，并用阳离子交换树脂处理这些离子，而有可能使重金属元素可靠地被吸附。
使用的弱酸性阳离子交换树脂例如是含羧基树脂，如苯乙烯、二乙烯基苯和丙烯酸或甲基丙烯酸的共聚物。这些离子交换树脂，通常是从石油或天然气生产的常规合成产品，在成本上变得更高并导致资源浪费，并且在使用后抛弃时产生环境污染物。因此，这些离子交换树脂被重复使用，因为使用之后的离子交换树脂通过再生处理而再生为初始状态。
发明内容
如上所述，仅通过例如专利文献1中提出的凝聚和沉淀方法，经常很难充分地降低废水中重金属离子的浓度。利用组合的离子交换方法的方法，例如专利文献2中提出的，需要用于离子交换树脂的预处理和再生处理以及处理溶液的清除处理(disposal treatment)的额外步骤，导致步骤数量增多并因此使得系统更复杂。因此，导致设备和运行成本增加。
鉴于以上提及的情况，对于提供一种由植物生物质作为原料制备的可抛弃阳离子交换剂以及一种通过利用该阳离子交换剂除去废水中的重金属离子的简单且高度有效的方法存在需要。
根据本发明的一个实施方式，提供了一种阳离子交换剂，包括选自由包括王菜(molokheiya)(Corchorus olitorius)、小松菜(komatsuna)(Brassica rapa var.peruviridis)、鸭儿芹(Japanese honeywort)(Cryptotaenia japonica)、雪菜(potherb mustard)(Brassica rapa var.nipposinica)和菠菜(spinach)(Spinacia oleracea)的组中的至少一种叶菜。
根据本发明的另一个实施方式，提供了一种除去废水中的重金属离子的方法，至少包括使包括重金属离子的废水接触阳离子交换剂的吸附步骤，以由此使部分重金属离子被吸附在所述阳离子交换剂上，其中该阳离子交换剂包括选自包括王菜、小松菜、鸭儿芹、雪菜和菠菜的组中的至少一种叶菜。
根据本发明实施方式的阳离子交换剂是由植物生物质作为原料制备的阳离子交换剂，其中该植物生物质选自由王菜、小松菜、鸭儿芹、雪菜和菠菜组成的组中的至少一种叶菜，并因此，它是可抛弃的(可处理的，disposable)并且可以不成为实际的二氧化碳排放源，即使在使用之后烧掉。如以下将在实施例中描述的，它还具有与人工合成的阳离子交换树脂相当或更高的阳离子交换性能。
由于根据本发明实施方式的除去废水中重金属离子的方法具有使包含溶解的重金属离子的废水接触阳离子交换剂并使重金属离子的一部分吸附在该离子交换剂上的吸附步骤，所以有可能有效地除去废水中的重金属离子。另外，由于该离子交换剂是可抛弃的，所以有可能消除用于离子交换剂的再生处理的步骤以及构建简化、高处理效力的废水处理系统。由于该离子交换剂具有高阳离子交换性能，所以也有可能降低所使用的阳离子交换剂的量并且该阳离子交换剂也能够在使用之后被容易地处理。