申请日2017.12.31
公开(公告)日2018.06.12
IPC分类号C02F9/04; B01J39/22; D01F6/96; C08G81/00; C02F101/20
摘要
本发明涉及一种利用PAN‑PEI胺基螯合纤维处理含铜污水的方法，属于环保废水处理领域。所述方法为：将含铜污水除去固体杂质，用硫酸溶液将其pH值调至4～5;将所述纤维用水浸泡后分别装入若干离子交换柱，串联形成吸附系统;将预处理后的含铜污水以1～10ml/(min·g)的流速通过吸附系统，含铜污水中的铜离子被吸附在所述纤维上，检测至出水中的铜离子浓度小于0.5mg/L时达标排放;当第一根离子交换柱出水的铜离子浓度等于入水的铜离子浓度时，撤换第一根离子交换柱，然后在吸附系统末尾添装一根新的装有所述纤维的离子交换柱。所述纤维能够快速、高效地吸附污水中的铜离子，其性能明显优于现有铜离子吸附材料。
权利要求书
1.一种利用PAN-PEI胺基螯合纤维处理含铜污水的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
(1)将含铜污水除去悬浮颗粒物及颗粒固体杂质，然后用硫酸溶液将其pH值调节至4～5，得到预处理后的含铜污水;
所述含铜污水为摩尔分数95%以上金属阳离子为铜离子的污水;
(2)将PAN-PEI胺基螯合纤维用去离子水纯度以上的水浸泡后分别装入若干离子交换柱，然后将所述离子交换柱串联形成吸附系统;
(3)将预处理后的含铜污水以1ml/(min·g)～10ml/(min·g)的流速通过吸附系统，含铜污水中的铜离子被吸附在所述纤维上，检测至出水中的铜离子浓度小于0.5mg/L时达标排放;
(4)当第一根离子交换柱出水的铜离子浓度等于入水的铜离子浓度时，表示第一根离子交换柱中的所述纤维吸附量达到饱和，撤换第一根离子交换柱，然后在吸附系统末尾添装一根新的装有所述纤维的离子交换柱。
2.根据权利要求1所述的一种利用PAN-PEI胺基螯合纤维处理含铜污水的方法，其特征在于：步骤(1)中通过将含铜污水经过沙滤或静置沉淀，除去其中的悬浮颗粒物及颗粒固体杂质。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用PAN-PEI胺基螯合纤维处理含铜污水的方法，其特征在于：所述的PAN-PEI胺基螯合纤维可再生利用：将吸附量达到饱和的所述纤维用盐酸溶液震荡洗脱4h～6h，再水洗至中性，然后用氨水溶液震荡再生2h～3h，所述纤维再生成功。
4.根据权利要求3所述的一种利用PAN-PEI胺基螯合纤维处理含铜污水的方法，其特征在于：盐酸溶液浓度为1mol/L，水为去离子水纯度以上的水，氨水溶液浓度为1mol/L。
说明书
一种利用PAN-PEI胺基螯合纤维处理含铜污水 的方法
技术领域
本发明涉及一种利用PAN-PEI胺基螯合纤维处理含铜污水的方法，属于环保废水处理技术领域。
背景技术
在铜的开采、冶炼以及电镀、金属加工、电路板印刷等过程中产生了大量的含铜废水，因不达标排放导致地表水和地下水受到不同程度的污染。而铜等重金属离子对人的危害很大，水生动植物从污染水体中摄取铜离子在体内富集，通过食物链进入人体，在人体的器官中积蓄起来会造成慢性中毒，因此污水中铜离子的吸附分离有很重要的意义。
现有处理污水中铜离子的方法主要有：化学沉淀法、生物法、电解法、膜分离法及离子交换法等。化学沉淀法操作简便，但只是使重金属发生转移，容易造成二次污染;生物法中生物絮凝剂生产成本高;电解法不适用于低浓度污水处理;膜分离法中膜组件价格昂贵，造成污水处理成本高;离子交换法的交换容量低、水处理量小。
研究表明，高分子有机螯合剂能与废水中的多种金属离子发生螯合反应，生成稳定且不溶于水的金属螯合物，可以有效地除去废水中的重金属离子，使处理水达到国家废水排放标准。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用PAN-PEI胺基螯合纤维处理含铜污水的方法。
为实现本发明的目的，提供以下技术方案。
一种利用PAN-PEI胺基螯合纤维处理含铜污水的方法，所述方法步骤如下：
(1)含铜污水的预处理：将含铜污水除去悬浮颗粒物及颗粒固体杂质，然后用硫酸溶液将其pH值调节至4～5，得到预处理后的含铜污水;
所述含铜污水为摩尔分数95%以上金属阳离子为铜离子的污水;
可通过将含铜污水经过沙滤或静置沉淀，除去其中的悬浮颗粒物及颗粒固体杂质。
(2)PAN-PEI胺基螯合纤维的预处理：将所述纤维用去离子水纯度以上的水浸泡后分别装入若干离子交换柱，然后将所述离子交换柱串联形成吸附系统;
(3)将步骤(1)预处理后的含铜污水以1ml/(min·g)～10ml/(min·g)的流速通过吸附系统，含铜污水中的铜离子被吸附在所述纤维上，检测至出水中的铜离子浓度小于0.5mg/L时达标排放;
(4)当第一根离子交换柱出水的铜离子浓度等于入水的铜离子浓度时，表示第一根离子交换柱中的所述纤维吸附量达到饱和，撤换第一根离子交换柱，然后在吸附系统末尾添装一根新的装有所述纤维的离子交换柱。
本发明所述的PAN-PEI胺基螯合纤维可再生利用：将吸附量达到饱和的所述纤维用盐酸溶液震荡洗脱4h～6h，再水洗至中性，然后用氨水溶液震荡再生2h～3h，所述纤维再生成功，可重复利用。
优选盐酸溶液浓度为1mol/L，水为去离子水纯度以上的水，氨水溶液浓度为1mol/L。
本发明所述PAN-PEI胺基螯合纤维是由聚乙烯亚胺(PEI)接枝到聚丙烯腈(PAN)纤维上构成的。
进一步地，所述纤维是由PEI上的胺基与PAN上的羧基反应生成酰胺键接枝构成的。
一种本发明所述PAN-PEI胺基螯合纤维的制备方法：
(1)PAN纤维的水解反应;
(2)PEI上的胺基与PAN上的羧基反应生成酰胺键的接枝反应。
进一步地，制备方法步骤如下：
(1)将溶剂与NaOH加入到容器中，加热至70℃～120℃，加入PAN纤维进行水解反应3h～6h，取出水解反应产物，在0.5mol/L～3mol/L的HCl溶液中浸泡2h～24h，得到PAN-COOH水解纤维，用水洗至中性后烘干;
(2)将质量分数为5%～50%的PEI水溶液加入到容器中，加热至80℃～120℃，加入中性烘干的PAN-COOH水解纤维进行接枝反应2h～6h，将接枝反应产物水洗至中性，干燥得到终产物，为本发明所述一种PAN-PEI胺基螯合纤维。
步骤(1)中：
溶剂为水或乙二醇水溶液，优选溶剂为体积分数为10%～30%的乙二醇水溶液;
优选溶剂体积(ml):NaOH质量(g):PAN纤维质量(g)的比例为100:0.5～5:2;
优选水解反应的温度为80℃～100℃。
优选HCl溶液的浓度为1mol/L。
步骤(2)中：
优选PEI水溶液的质量分数为10%～30%。
优选接枝反应的温度为90℃～110℃。
PEI水溶液的体积(ml)与PAN-COOH水解纤维质量(g)的比例为100:1～4，优选PEI水溶液的体积(ml)与PAN-COOH水解纤维质量(g)的比例为100:2。
步骤(1)和(2)中的水都是纯度在去离子水纯度以上的水。
有益效果
1、本发明涉及一种利用PAN-PEI胺基螯合纤维处理含铜污水的方法，所述方法采用了一种PAN-PEI胺基螯合纤维，能够快速、高效地吸附污水中的铜离子，其性能明显优于现有铜离子吸附材料;
2、本发明涉及一种利用PAN-PEI胺基螯合纤维处理含铜污水的方法，所述方法结合PAN-PEI胺基螯合纤维的性能，可设计一种可用于工业生产的处理含铜污水的方法，较传统方法有明显优势。