申请日 20200909
公开（公告）日 20201201
IPC分类号 C02F9/10; C02F101/20
摘要
本发明属于环保与资源回收技术领域，公开了一种从重金属废水制备纳米粒子的方法。往重金属废水中加入络合剂和相转移剂搅拌混合均匀，然后加碱调节pH至碱性，所得混合溶液升温至100～230℃进行溶剂热反应，反应完成后冷却至室温，得到明显分层且下层是净化水、上层是含纳米粒子和络合剂的相转移溶液；下层分离得到净化水，上层含纳米粒子和络合剂的相转移溶液经离心分离得到含络合剂的相转移溶剂和纳米粒子。本发明方法在高效资源化净化重金属废水的同时，可以回收重金属纳米粒子，不仅减少了废水处理成本，且增加了企业的附加产物的经济效益。具有显著的应用价值。
权利要求书
1.一种从重金属废水制备纳米粒子的方法，其特征在于包括如下步骤：
往重金属废水中加入络合剂和相转移剂搅拌混合均匀，然后加碱调节pH至碱性，所得混合溶液升温至100～230℃进行溶剂热反应，反应完成后冷却至室温，得到明显分层且下层是净化水、上层是含纳米粒子和络合剂的相转移溶液；下层分离得到净化水，上层含纳米粒子和络合剂的相转移溶液经离心分离得到含络合剂的相转移溶剂和纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的一种从重金属废水制备纳米粒子的方法，其特征在于：所述重金属废水中重金属的含量60～5000mg/L。
3.根据权利要求1或2所述的一种从重金属废水制备纳米粒子的方法，其特征在于：所述重金属废水是指含有镍、锌、铬、镉、铜中至少一种重金属离子的电镀废水。
4.根据权利要求1所述的一种从重金属废水制备纳米粒子的方法，其特征在于：所述络合剂选自油酸钠、油酸、油胺和十八烯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种从重金属废水制备纳米粒子的方法，其特征在于：所述相转移剂选自正己烷、石油醚、三氯甲烷、丙酮中的一种或两种以上的混合。
6.根据权利要求1所述的一种从重金属废水制备纳米粒子的方法，其特征在于：所述重金属废水、络合剂、相转移剂混合的质量比为60:(1～80):(10～200)。
7.根据权利要求1所述的一种从重金属废水制备纳米粒子的方法，其特征在于：所述碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、磷酸二氢钠、氢氧化钙、氢氧化镁和氨水中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种从重金属废水制备纳米粒子的方法，其特征在于：所述碱的加入量与重金属废水的质量比为(1～21):(1～120)。
9.根据权利要求1所述的一种从重金属废水制备纳米粒子的方法，其特征在于：所述溶剂热反应的时间为3～48小时。
10.根据权利要求1所述的一种从重金属废水制备纳米粒子的方法，其特征在于：所述分离得到的含络合剂的相转移溶剂循环使用。
说明书
一种从重金属废水制备纳米粒子的方法
技术领域
本发明属于环保与资源回收技术领域，具体涉及一种从重金属废水制备纳米粒子的方法。
背景技术
通常我们将由重金属及其化合物对环境造成的污染称之为重金属污染。近年来，随着开采煤矿、熔炼等工业的迅速发展，排放出的工业重金属废料也在爆发式的累加。工业重金属废料如不妥善处理将对自然环境和人类生活造成严重的影响。特别是重金属废水如果没有通过有效合理的方式进行处理，直接进行排放，废水中的重金属将会通过地下水循环和吸附于土壤中，给人类的饮用水和农作物造成严重污染。另一方面，重金属属于不可再生资源，其大量排放造成了不可再生资源的浪费和流失。综上，重工企业排放的重金属废水的净化和重金属离子的回收利用成为当今社会热切关注且亟待解决的环境、经济和能源问题之一。
近年来，人们都在探索和挖掘更加环保和经济的方法来处理含重金属废水。目前主要对重金属废水的处理方法为化学沉淀、离子交换、吸附和絮凝等。其中化学沉淀法虽然处理方式简单，但在处理过程中会产生大量电镀污泥，会对自然环境和人类健康造成严重的二次污染。增加了对电镀污泥的处理工艺，提高了处理废水的经济成本。离子交换、吸附和絮凝这些方法存在着离子交换剂易氧化、吸附剂和絮凝剂成本高的缺陷，增加了对重金属废水处理的经济成本和难度。专利CN103693789A公开了一种重金属废水中重金属的资源化回收方法，通过向重金属废水中加入络合剂、还原剂，然后用碱性溶液调节废水的pH值，加热进行充分反应，冷却至室温，分离得到产物。该方法既可有效去除废水中的重金属，同时可制备金属氧化物或金属单质纳米微粒。但该方法需要使用消耗型的还原剂和与处理体系相适应的络合剂，虽然可有效去除废水中的重金属并回收得到金属氧化物或金属单质纳米微粒，但其还原剂反应后的产物及络合剂仍留在处理后的水中，分离回收难度较大，造成水中COD含量的增加无法达到净化水的标准，且显著增加了处理成本。专利CN105347547A公开了一种重金属废水的处理方法，对上一份专利存在的问题提出了解决方案，即先利用重金属吸附剂将重金属富集，将络合还原反应分离出重金属沉淀后的液体进一步经过活化的CD-180大孔吸附树脂，流出液经过D113阳离子交换树脂。使得回收重金属之后的液体能够达到污水排放标准。但该方法显著增加了处理工序及处理成本。
纳米材料有着较小尺寸且暴露大量活性位点等优点，目前广泛用于医疗、能源和环境领域。将重金属废水中的重金属在回收处理过程中，直接制备出高价值的纳米金属粒子，不仅降低了重金属废水对环境和人类的危害，且能产生高的经济效益。因此，亟需寻求一种不仅能从重金属废水中制备高价值的纳米金属粒子且能净化废水的简单高效方法。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种从重金属废水制备纳米粒子的方法。本发明方法可资源化回收利用重金属废水中的重金属且可同时净化重金属废水。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种从重金属废水制备纳米粒子的方法，包括如下步骤：
往重金属废水中加入络合剂和相转移剂搅拌混合均匀，然后加碱调节pH至碱性，所得混合溶液升温至100～230℃进行溶剂热反应，反应完成后冷却至室温，得到明显分层且下层是净化水、上层是含纳米粒子和络合剂的相转移溶液；下层分离得到净化水，上层含纳米粒子和络合剂的相转移溶液经离心分离得到含络合剂的相转移溶剂和纳米粒子。
进一步地，所述重金属废水中重金属的含量60～5000mg/L。
进一步地，所述重金属废水是指含有镍、锌、铬、镉、铜中至少一种重金属离子的电镀废水。
进一步地，所述络合剂选自油酸钠、油酸、油胺和十八烯中的至少一种。
进一步地，所述相转移剂选自正己烷、石油醚、三氯甲烷、丙酮中的一种或两种以上的混合。
进一步地，所述重金属废水、络合剂、相转移剂混合的质量比为60:(1～80):(10～200)。
进一步地，所述碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、磷酸二氢钠、氢氧化钙、氢氧化镁和氨水中的至少一种。
进一步地，所述碱的加入量与重金属废水的质量比为(1～21):(1～120)。
进一步地，所述溶剂热反应的时间为3～48小时。
进一步地，所述分离得到的含络合剂的相转移溶剂循环使用。
本发明原理为：通过相转移剂和络合剂与重金属废水中的重金属进行相转移和络合反应。在将相转移剂和络合剂加入到重金属废水中后，需要对重金属废水中的酸碱性进行调节，使其达到一个将重金属废水中的重金属能够高度络合的条件。待上述溶液充分混合后，需对其进行一个高温高压反应，使重金属废水中的重金属能够完全析出得到金属纳米粒子。净化水与含络合剂的相转移溶液之间可以简单的通过有机与无机之间的两相分离原理进行分离，如简单的分液分离。纳米粒子在形成过程中，首先是重金属离子与络合剂络合，接着随着碱溶液的加入，金属离子与碱反应生成纳米粒子，并通过溶剂热反应实现重金属离子由水相转移至有机相。
相对于现有技术，本发明的方法具有如下优点及有益效果：
(1)本发明提供了一种工艺简单的从重金属废水中回收制备纳米粒子的方法，可以显著提高重金属废水中重金属的回收再利用率。
(2)采用本发明方法制备的纳米粒子具有较好的分散和尺度均匀性。
(3)本发明方法在高效资源化净化重金属废水的同时，可以回收重金属纳米粒子，不仅减少了废水处理成本，且增加了企业的附加产物的经济效益。
(4)本发明方法所使用的络合剂及相转移剂可循环使用，原料损耗低。
(5)采用本发明方法可以得到达到安全排放的净化水，实现重金属污水的安全脱毒处理。
发明人 （李政;冯春全;张恒;）