申请日2018.12.07
公开(公告)日2019.02.19
IPC分类号C02F1/28; C01B13/14; C01G9/02; C01G53/04; C01G3/02; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种回收废水中重金属的方法：将活性炭投入到含重金属的废水中进行吸附，将吸附了重金属的活性炭分离晾干后放入石英舟内，置于氧化炉中进行温和氧化，氧化得到的产物中重金属氧化物的质量分数在70%以上。本发明在净化废水的同时，达到了浓缩、回收重金属的目的，并且方法简单、成本低廉、不产生二次污染、效果优异。
权利要求书
1.一种回收废水中重金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将活性炭进行预处理;
(2)将经步骤(1)处理得到的吸附剂投入含重金属的废水中，震荡或搅拌吸附一定时间，吸附结束后，将活性炭分离取出;
(3)将步骤(2)中吸附了重金属组分的吸附剂在室温通风处晾干;
(4)将步骤(3)中晾干的吸附剂放入石英舟中，置入氧化炉内，通空气条件下按一定升温速率升温至300-400℃，氧化5-10分钟，结束氧化，自然降温;
(5)氧化炉降至室温后，取出氧化炉内的石英舟，收集石英舟内产物，所述产物中70wt%以上为重金属氧化物。
2.根据权利要求1所述的一种回收废水中重金属的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的预处理包括：将活性炭破碎筛分，选择粒径2-3毫米的活性炭作为吸附剂备用。
3.根据权利要求1所述的一种回收废水中重金属的方法，其特征在于，步骤(2)中所述吸附的时间为0.5-2h。
4.根据权利要求1所述的一种回收废水中重金属的方法，其特征在于，步骤(4)中所述空气的流量为80-120ml/min。
5.根据权利要求1所述的一种回收废水中重金属的方法，其特征在于，步骤(4)中所述的升温速率为5-10℃/min。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种回收废水中重金属的方法，其特征在于，所述的重金属为锌、铜、镍、铬、铀、铅、银、钴中的一种或多种。
说明书
一种回收废水中重金属的方法
技术领域
本发明涉及工业废水处理技术领域，更具体的说是涉及一种回收废水中重金属的方法。
背景技术
在矿冶、机械制造、化工、电子、仪表、核能等工业生产过程中都产生重金属废水。重金属废水是对环境污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一。为使污水中所含的重金属达到国家排放标准，必须对其进行净化处理。
目前，重金属废水处理的方法主要包括物理吸附法、化学沉淀法、生物处理法等，上述技术都具有良好的去除效果。
但在目前的报道中，大多数技术都侧重于废水中重金属的去除，而忽视了重金属的回收。重金属作为不可再生的稀贵资源，回收再利用对于社会可持续发展具有重要的意义。
因此，提供一种回收废水中重金属的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种回收废水中重金属的方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种回收废水中重金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将活性炭进行预处理;
(2)将经步骤(1)处理得到的吸附剂投入含重金属的废水中，震荡或搅拌吸附一定时间，吸附结束后，将活性炭分离取出;
(3)将步骤(2)中吸附了重金属组分的吸附剂在室温通风处晾干;
(4)将步骤(3)中晾干的吸附剂放入石英舟中，置入氧化炉内，通空气条件下按一定升温速率升温至300-400℃，氧化5-10分钟，结束氧化，自然降温;
(5)氧化炉降至室温后，取出氧化炉内的石英舟，收集石英舟内产物，所述产物中70wt%以上为重金属氧化物。
采用上述技术方案的有益效果：吸附了重金属的活性炭经温和氧化后，重金属被氧化形成重金属氧化物，大部分活性炭被氧化为一氧化碳或二氧化碳气体，从而实现与重金属分离的效果，使重金属氧化物得到浓缩与聚集，得到的重金属氧化物还可以进一步地的再回收利用。温和氧化比高温氧化的能耗更低，同时可以避免高温处理容易导致重金属挥发，造成二次污染的问题，对设备的要求也更低，升温降温的过程也更快。本发明的工艺简单、成本低廉、效果稳定。
进一步地，所述步骤(1)中的预处理包括：将活性炭破碎筛分，选择粒径2-3毫米的活性炭作为吸附剂备用。
本发明利用活性炭吸附/温和氧化方法回收废水中的重金属，商业活性炭经破碎后筛选粒径在2-3毫米的活性炭，是因为相同质量的活性炭粒径越小就越具有更大的比表面积，同时能够更加均匀的分散在溶液中，因此有更大的吸附容量和吸附速率。
进一步地，步骤(2)中所述吸附的时间为0.5-2h。
采用上述技术方案的有益效果：吸附时间对吸附率至关重要，吸附时间太短会发生吸附不完全的现象，吸附时间太长又会延长整个工艺的时间，根据本发明中选用的活性炭对重金属的吸附速率以及吸附量，要选择合适的吸附时间。
进一步地，步骤(4)中所述空气的流量为80-120ml/min。
采用上述技术方案的有益效果：空气流量升高氧化速率会加大，但空气的流入流出也会带走一部分热量，使氧化温度降低或提高氧化热量的供给，这将对氧化反应及能耗控制不利，因此，要选择合适的空气流量。
进一步地，步骤(4)中所述的升温速率为5-10℃/min。
进一步地，所述的重金属为锌、铜、镍、铬、铀、铅、银、钴中的一种或多种。
采用上述技术方案的有益效果：本发明通过活性炭吸附废水中的重金属，再进一步地对吸附了重金属的活性炭进行温和氧化，在净化废水的同时，达到浓缩、回收重金属的目的。本发明中吸附剂的吸附量为140-180mg/g，吸附剂吸附后的含重金属废水浓度低于30ppm。本发明通过对各个步骤中的技术参数进行限定，使整个工艺更简单、更节能且回收率高达90%以上。
目前的报道中，大多数技术都侧重于废水中重金属的去除，而忽视了重金属的回收。重金属作为不可再生的稀贵资源，回收再利用对于社会可持续发展具有重要的意义，本方法在去除废水中重金属污染的同时，对重金属进一步地回收再利用，不造成二次污染，是一项绿色环保的资源化再利用技术。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种回收废水中重金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将商业活性炭破碎筛分，选择粒径2-3毫米的活性炭作为吸附剂备用;
(2)将3克步骤(1)中得到的吸附剂投入1L含锌500ppm的废水中，震荡吸附0.5h，吸附结束后，将活性炭分离取出;
(3)将步骤(2)中吸附了重金属组分的吸附剂在室温通风处晾干;
(4)将步骤(3)中晾干的吸附剂放入石英舟中，置入氧化炉内，通空气条件下按10℃/min的升温速率升温至350℃，恒温氧化5分钟，结束氧化，自然降温;
(5)氧化炉降至室温后，取出氧化炉内的石英舟，收集石英舟内产物，所述产物主要为以氧化物形式存在的金属锌。
对本实施例中各步骤的产物进行分析，结果如下：
1)吸附后含锌废水浓度：26ppm;
2)活性炭吸附量：158mg/g;
3)室温下晾干后活性炭质量：6.78g;
4)氧化后收集的产物质量：0.79g;
5)产物元素分析结果：Zn：58.2%;O:16.8%;C：18.3%;其它：6.7%;
6)产物中ZnO的质量百分比：72.5%。
实施例2
将实施例1中的1L含锌500ppm的废水改为1L含镍550ppm的废水，其余同实施例1。
对本实施例中各步骤的产物进行分析，结果如下：
1)吸附后含镍废水浓度：23ppm;
2)活性炭吸附量：175mg/g;
3)室温下晾干后活性炭质量：6.52g;
4)氧化后收集的产物质量：0.80g;
5)产物元素分析结果：Ni：65%;O:19.2%;C：10.6%;其它：5.2%;
6)产物中NiO的质量百分比：82.6%。
实施例3
一种回收废水中重金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将商业活性炭破碎筛分，选择粒径2-3毫米的活性炭作为吸附剂备用;
(2)将4克步骤(1)中得到的吸附剂投入1L含铜600ppm的废水中，搅拌吸附1.5h，吸附结束后，将活性炭分离取出;
(3)将步骤(2)中吸附了重金属组分的吸附剂在室温通风处晾干;
(4)将步骤(3)中晾干的吸附剂放入石英舟中，置入氧化炉内，通空气条件下按8℃/min的升温速率升温至300℃，恒温氧化5分钟，结束氧化，自然降温;
(5)氧化炉降至室温后，取出氧化炉内的石英舟，收集石英舟内产物，所述产物主要为以氧化物形式存在的金属铜。
对本实施例中各步骤的产物进行分析，结果如下：
1)吸附后含铜废水浓度：18ppm;
2)活性炭吸附量：144.5mg/g;
3)室温下晾干后活性炭质量：7.74g;
4)氧化后收集的产物质量：0.87g;
5)产物元素分析结果：Cu：61%;O:17.4%;C：16.2%;其它：5.4%;
6)产物中CuO的质量百分比：76.5%。
实施例4
将实施例4中的1L含铜550ppm的废水改为1L含铬600ppm的废水，其余同实施例3。
对本实施例中各步骤的产物进行分析，结果如下：
1)吸附后含铬废水浓度：20ppm;
2)活性炭吸附量：145mg/g;
3)室温下晾干后活性炭质量：7.52g;
4)氧化后收集的产物质量：1.07g;
5)产物元素分析结果：Cr：54.2%;O:28.6%;C：10.1%;其它：7.1%;
6)产物中Cr2O3的质量百分比：79.2%。
实施例5
一种回收废水中重金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将商业活性炭破碎筛分，选择粒径2-3毫米的活性炭作为吸附剂备用;
(2)将2克步骤(1)中得到的吸附剂投入1L含铀300ppm的废水中，震荡吸附2h，吸附结束后，将活性炭分离取出;
(3)将步骤(2)中吸附了重金属组分的吸附剂在室温通风处晾干;
(4)将步骤(3)中晾干的吸附剂放入石英舟中，置入氧化炉内，通空气条件下按8℃/min的升温速率升温至400℃，恒温氧化7分钟，结束氧化，自然降温;
(5)氧化炉降至室温后，取出氧化炉内的石英舟，收集石英舟内产物，所述产物主要为以氧化物形式存在的金属铀。
对本实施例中各步骤的产物进行分析，结果如下：
1)吸附后含铀废水浓度：14ppm;
2)活性炭吸附量：143mg/g;
3)室温下晾干后活性炭质量：3.87g;
4)氧化后收集的产物质量：0.48g;
5)产物元素分析结果：U：62.1%;O：13.5%;C：18.7%;其它：5.7%;
6)产物中U3O8的质量百分比：73.1%。
实施例6
将实施例5中的1L含铀300ppm的废水改为1L含铅300ppm的废水，其余同实施例5。
对本实施例中各步骤的产物进行分析，结果如下：
1)吸附后含铅废水浓度：10ppm;
2)活性炭吸附量：145mg/g;
3)室温下晾干后活性炭质量：3.95g;
4)氧化后收集的产物质量：0.51g;
5)产物元素分析结果：Pd：67.6%;O：9.2%;C：15.3%;其它：7.9%;
6)产物中PdO的质量百分比：72.8%。
实施例7
一种回收废水中重金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将商业活性炭破碎筛分，选择粒径2-3毫米的活性炭作为吸附剂备用;
(2)将2克步骤(1)中得到的吸附剂投入1L含银300ppm的废水中，震荡吸附2h，吸附结束后，将活性炭分离取出;
(3)将步骤(2)中吸附了重金属组分的吸附剂在室温通风处晾干;
(4)将步骤(3)中晾干的吸附剂放入石英舟中，置入氧化炉内，通空气条件下按5℃/min的升温速率升温至400℃，氧化10分钟，结束氧化，自然降温;
(5)氧化炉降至室温后，取出氧化炉内的石英舟，收集石英舟内产物，所述产物主要为以氧化物形式存在的金属银。
对本实施例中各步骤的产物进行分析，结果如下：
1)吸附后含银废水浓度：10ppm;
2)活性炭吸附量：145mg/g;
3)室温下晾干后活性炭质量：3.84g;
4)氧化后收集的产物质量：0.52g;
5)产物元素分析结果：Ag：68.9%;O：12.3%;C：12.9%;其它：5.9%;
6)产物中AgO的质量百分比：79.1%。
实施例8
将实施例7中的1L含银300ppm的废水改为1L含钴380ppm的废水，其余同实施例7。
对本实施例中各步骤的产物进行分析，结果如下：
1)吸附后含钴废水浓度：24ppm;
2)活性炭吸附量：178mg/g;
3)室温下晾干后活性炭质量：3.93g;
4)氧化后收集的产物质量：0.62g;
5)产物元素分析结果：Co：56.7%;O：18.1%;C：18.3%;其它：6.9%;
6)产物中以Co2O3计的含量(质量百分比)：79.8%。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。