申请日2015.12.10
公开(公告)日2017.06.20
IPC分类号B01J20/02; B01J20/28; B01J20/30; C02F1/28; C02F1/62; C02F103/16
摘要
本发明涉及ZnFe2S4纳米晶吸附剂及其制备方法和在电镀废水处理中的应用，采用低温沉淀法制备不同尺寸的ZnFe2S4纳米晶作为重金属吸附剂，并以实际电镀废水为应用对象，进行吸附去除实验。该吸附剂投加于高浓度工业电镀废水中，对于电镀废水中铜、铬、镍等重金属离子的去除率在半小时内均达到99%以上。与现有技术相比，本发明所制备的吸附剂利用快速离子交换对电镀废水的处理效果非常好，可有效去除废水中的重金属，由于其吸附容量大，污泥量少在一定程度上降低二次污染的风险。且使用方便，不增加设备及工艺，有效降低电镀废水的处理成本。
权利要求书
1.一种ZnFe2S4纳米晶吸附剂，其特征在于，所述的吸附剂为ZnFe2S4纳米晶。
2.根据权利要求1所述的ZnFe2S4纳米晶吸附剂，其特征在于，所述的ZnFe2S4纳米晶的比表面积为230～560m2/g，粒径范围10～200nm。
3.一种如权利要求1-2所述的ZnFe2S4纳米晶吸附剂的制备方法，其特征在于，该方法是将锌盐、铁盐以及相应的硫源按化学计量比混合反应而制得。
4.根据权利要求3所述的ZnFe2S4纳米晶吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的方法具体包括以下步骤：
(1)将含锌盐类加入蒸馏水中通过超声进行充分溶解获得锌盐溶液，而后加入铁盐进行超声溶解，获得含锌盐、铁盐的混合水溶液作为反应前体溶液;
(2)将硫源注入上述反应前体溶液中，50～120℃下反应制备ZnFe2S4纳米晶;
(3)反应完毕后，通过离心，清洗，真空干燥获得ZnFe2S4纳米晶吸附剂。
5.根据权利要求3或4所述的ZnFe2S4纳米晶吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的锌盐是指ZnCl2、ZnSO4或Zn(NO3)2中的一种或者多种，铁盐是指FeCl3、Fe2(SO4)3或Fe(NO3)3中的一种或者两种，铁盐、锌盐的溶液均采用蒸馏水进行配置。
6.根据权利要求3或4所述的ZnFe2S4纳米晶吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的硫源是指Na2S、CH3CSNH2、CN2H4S或C3H7NO2S中的一种或者两种;硫源注入所述反应前体溶液的速度为100～500μl/s。
7.根据权利要求3或4所述的ZnFe2S4纳米晶吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的锌盐、铁盐和硫源按摩尔比1:2:4～1:4:8进行添加。
8.根据权利要求3或4所述的ZnFe2S4纳米晶吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的真空干燥的温度为30～80℃。
9.一种如权利要求1所述的ZnFe2S4纳米晶吸附剂的应用，其特征在于，将ZnFe2S4纳米晶吸附剂用于去除电镀废水重金属，具体步骤如下：将ZnFe2S4纳米晶吸附剂与水充分混合，制备成ZnFe2S4纳米晶吸附剂质量百分含量为5～20%的纳米匀浆，将该纳米匀浆投入电镀废水中，利用ZnFe2S4纳米晶与重金属离子间的快速离子交换，将电镀废水中的重金属离子吸附到吸附剂上，实现电镀废水重金属的有效去除。
10.根据权利要求1所述的ZnFe2S4纳米晶吸附剂的应用，其特征在于，所述的电镀废水预调pH=6～9，加入吸附剂后反应时间为30min以上。
说明书
ZnFe2S4纳米晶吸附剂及其制备方法和在电镀废水处理中的应用
技术领域
本发明属环境保护领域的重金属去除技术，具体涉及一种ZnFe2S4纳米晶吸附剂及其制备方法和在电镀废水处理中的应用。
背景技术
重金属废水是环境中重金属污染物的主要来源之一。电镀作为制造业的基础工艺之一，对经济发展起到很大的推动作用。然而其生产过程中所产生的大量电镀废水，如镀电清洗水、废电镀液以及设备冷却水等，这其中常含有较高浓度的铬、镍、铜等重金属离子，若处理不当极易对人类健康及生态环境产生重大的危害。
目前电镀废水采用的废水综合治理方法主要分为生物法、化学法和物化法等。其中生物法采用多种功能菌对重金属离子进行富集，生成的污泥量少，但是该方法存在功能菌驯化周期长，应用成本高等问题。而化学法则是通过投加化学药剂使电镀废水中的重金属通过一系列的化学反应转化为易于分离的物质，从而完成达标排放。该方法操作简单，但处理过程污泥量大，易造成二次污染。物化法主要包括离子交换法、吸附法和膜分离法等，其中吸附法具有有较强的适应性，且投资低，而成为电镀废水处理的主要技术之一。然而由于传统吸附材料吸附处理能力有限，存在用料量大，工艺流程长以及运行成本高等问题，且不能保证废水处理稳定进行，难以满足电镀废水处理的需求。特别是2008年国家出台电镀废水最新排放标准后，传统方法更难以实现废水的达标排放。因此，开发更为优质的吸附材料，实现电镀废水的深度处理成为日益关注的焦点。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种选择性和灵敏性、使用量少、吸附效果好的ZnFe2S4纳米晶吸附剂及其制备方法和在电镀废水处理中的应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种ZnFe2S4纳米晶吸附剂，其特征在于，所述的吸附剂为具有较大比表面积的ZnFe2S4纳米晶，其比表面积为230～560m2/g。
所述的ZnFe2S4纳米晶的粒径范围10～200nm。
上述ZnFe2S4纳米晶吸附剂的制备方法，其特征在于，该方法是将锌盐、铁盐以及相应的硫源按化学计量比混合反应而制得。
所述的方法具体包括以下步骤：
(1)将含锌盐类加入蒸馏水中通过超声进行充分溶解获得锌盐溶液，而后加入铁盐进行超声溶解，获得含锌盐、铁盐的混合水溶液作为反应前体溶液;
(2)将硫源注入上述反应前体溶液中，50～120℃下反应制备ZnFe2S4纳米晶;
(3)反应完毕后，通过离心，清洗，真空干燥获得ZnFe2S4纳米晶吸附剂。
步骤(1)所述的锌盐是指ZnCl2、ZnSO4或Zn(NO3)2中的一种或者多种，铁盐是指FeCl3、Fe2(SO4)3或Fe(NO3)3中的一种或者两种，铁盐、锌盐的溶液均采用蒸馏水进行配置。
步骤(2)所述的硫源是指Na2S、CH3CSNH2、CN2H4S或C3H7NO2S中的一种或者两种。硫源按照特定速度注入所述反应前体溶液，其注入速度为100～500μl/s。
所述的锌盐、铁盐和硫源按摩尔比1:2:4～1:4:8进行添加。
步骤(3)所述的真空干燥的温度为30～80℃。
上述ZnFe2S4纳米晶吸附剂的应用，其特征在于，将ZnFe2S4纳米晶吸附剂用于去除电镀废水重金属，具体步骤如下：将ZnFe2S4纳米晶吸附剂与水充分混合，制备成ZnFe2S4纳米晶吸附剂质量百分含量为5～20%的纳米匀浆，将该纳米匀浆投入电镀废水中，利用ZnFe2S4纳米晶与重金属离子间的快速离子交换，将电镀废水中的重金属离子吸附到吸附剂上，实现电镀废水重金属的有效去除。
所述的电镀废水预调pH=6～9，加入吸附剂后反应时间为30min以上。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明以ZnFe2S4纳米晶为吸附剂，充分利用纳米晶的高比表面积和ZnFe2S4纳米晶对重金属离子较高的选择性和灵敏性，实现对电镀废水的高效处理。
2.本发明制备过程简单，易于控制，有较大的吸附容量，因此用于电镀铜废水的处理其使用量较少，处理后污泥量少，有效避免二次污染的问题。
3.本发明所制备的吸附剂通过对电镀废水中铬、镍、铜等重金属离子进行离子交换实现吸附去除，废水中的重金属离子浓度高低，均能发挥去除效果，且多种离子共存时，也能同时去除。
4.本发明所制备的ZnFe2S4纳米晶吸附剂对电镀废水重金属的吸附和离子交换时间仅为30min，相对于传统工艺大大缩短了处理时间。
