申请日2015.02.04
公开(公告)日2015.06.10
IPC分类号B01J20/22; C02F1/62; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本发明公开了一种含汞废水中汞离子吸附剂，其由以下质量百分比的组分组成：3~5%葡甘露聚糖，5~10%沸石负载纳米TiO2，余量为改性高岭土。本发明的含汞废水中汞离子吸附剂配伍合理，通过各组分之间的协同配合，吸附效果好，汞离子去除率高，采用本发明的含汞废水中汞离子吸附剂处理含汞废水后，废水可直接排放，不会造成二次污，使用非常方便。本发明还公开了一种含汞废水中汞离子吸附剂的制备方法，包括以下步骤：(一)制备沸石负载纳米TiO2;(二)制备改性高岭土;(三)复配。本发明的制备方法工艺步骤简单，可操作性强，适合大规模生产。
权利要求书
1.一种含汞废水中汞离子吸附剂，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：3~5%葡甘露聚糖，5~10%沸石负载纳米TiO2，余量为改性高岭土。
2.根据权利要求1所述的一种含汞废水中汞离子吸附剂，其特征在于，所述沸石负载纳米TiO2通过以下步骤制得：
(1)沸石预处理：将沸石置于0.1mol/L的HCl溶液中充分搅拌30~60min后，静置24~26h，过滤;将过滤得到的沸石加入蒸馏水中煮沸1~2h后，用蒸馏水清洗至洗液澄清;将沸石放入烘箱中于80~85℃烘烤2~3h，冷却后待用;
(2)制备TiO2溶胶：按体积比(5~6)：(20~21)：(9~10)：(1~1.2)分别称取钛酸四丁酯、乙醇、乙酸和水，先将钛酸四丁酯与占乙醇总体积1/3的乙醇混合，搅拌10~15min得溶液A，然后将蒸馏水、乙酸和剩余乙醇充分混合，得溶液B，最后在搅拌条件下将溶液B缓慢滴加到溶液A中，滴速控制在18~20滴/分钟，滴完后继续搅拌1~2h，静置24~26h，得TiO2溶胶;
(3)制备沸石负载纳米TiO2：在180~200ml的TiO2溶胶中加入6~8g步骤(1)中的沸石，超声1~2h后筛网滤出并静置48~50h，于80~85℃条件下恒温烘干后在氮气保护下升温至450~500℃焙烧1.5~2h，自然降温至100~150℃停止通氮气，待冷却至室温后用蒸馏水洗去沸石表面过量的TiO2，烘干，即得沸石负载纳米TiO2。
3.根据权利要求2所述的一种含汞废水中汞离子吸附剂，其特征在于，步骤(1)中，所述沸石的粒径为20~40目。
4.根据权利要求1所述的一种含汞废水中汞离子吸附剂，其特征在于，所述改性高岭土通过以下方法制得：将高岭土置于浓度为0.25~0.3mol/L的硫酸中浸泡2~3h，用蒸馏水冲洗至表面无SO42-，在90~100℃条件下烘干至恒重后于500~600℃条件下煅烧5~6h，冷却至室温后，按1~1.2g：10~12mL 的比例，用40 % 的AlCl3溶液浸泡22~24h ，过滤，烘干，即得改性高岭土。
5.一种如权利要求1所述的含汞废水中汞离子吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(一)制备沸石负载纳米TiO2
(1)沸石预处理：将沸石置于0.1mol/L的HCl溶液中充分搅拌30~60min后，静置24~26h，过滤;将过滤得到的沸石加入蒸馏水中煮沸1~2h后，用蒸馏水清洗至洗液澄清;将沸石放入烘箱中于80~85℃烘烤2~3h，冷却后待用;
(2)制备TiO2溶胶：按体积比(5~6)：(20~21)：(9~10)：(1~1.2)分别称取钛酸四丁酯、乙醇、乙酸和水，先将钛酸四丁酯与占乙醇总体积1/3的乙醇混合，搅拌10~15min得溶液A，然后将蒸馏水、乙酸和剩余乙醇充分混合，得溶液B，最后在搅拌条件下将溶液B缓慢滴加到溶液A中，滴速控制在18~20滴/分钟，滴完后继续搅拌1~2h，静置24~26h，得TiO2溶胶;
(3)制备沸石负载纳米TiO2：在180~200ml的TiO2溶胶中加入6~8g步骤(1)中的沸石，超声1~2h后筛网滤出并静置48~50h，于80~85℃条件下恒温烘干后在氮气保护下升温至450~500℃焙烧1.5~2h，自然降温至100~150℃停止通氮气，待冷却至室温后用蒸馏水洗去沸石表面过量的TiO2，烘干，即得沸石负载纳米TiO2;
(二)制备改性高岭土
将高岭土置于浓度为0.25~0.3mol/L的硫酸中浸泡2~3h，用蒸馏水冲洗至表面无SO42-，在90~100℃条件下烘干至恒重后于500~600℃条件下煅烧5~6h，冷却至室温后，按1~1.2g：10~12mL 的比例，用40 % 的AlCl3溶液浸泡22~24h ，过滤，烘干，即得改性高岭土;
(三)复配
按3~5%葡甘露聚糖，5~10%沸石负载纳米TiO2，余量为改性高岭土的质量百分比配比称取各组分后，将各组分混合均匀即得汞离子吸附剂。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述沸石的粒径为20~40目。
说明书
一种含汞废水中汞离子吸附剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，尤其是涉及一种含汞废水中汞离子吸附剂及其制备方法。
背景技术
汞是有严重污染的重金属，对环境以及人类健康都有危害。含汞废水主要来源于有色金属冶炼厂、仪表厂和某些化工厂等。目前，国内对含汞废水的治理方法进行了许多研究，如离子交换法、活性炭吸附法、氧化还原法、硫化物沉淀法等，但这些方法受生产原料所限，而且处理费用很高，难以推广应用。
例如，申请公布号CN101704572A，申请公布日2010.05.12的中国专利公开了一种含汞废水的处理方法，该方法包括：(1)将黄铁矿粉碎成150~300目的黄铁矿粉;(2)将步骤(1)所得到的黄铁矿粉按1：3~1：30的重量比加入含汞的废水中，在常温下搅拌30~120分钟;(3)将步骤(2)所得的溶液静置1~4小时后，排放沉淀物上清液。该方法中以黄铁矿粉为沉淀剂，通过加入黄铁矿粉使汞离子形成难容的HgS从废水中沉淀出来，再通过Fe(OH)3的絮凝作用将沉淀凝结成团去除。采用黄铁矿粉作为沉淀剂的不足之处在于：(1)起始环境必须为酸性环境(pH=1~2)，以保证黄铁矿(Fe2S/FeS)的溶解，操作条件较为严格，不利于实际操作和推广应用;(2) 若黄铁矿粉中所含的碳酸盐含量过低，还必须在搅拌时添加碳酸盐将溶液的pH值调整至6~7以保证铁产生絮凝沉淀，使用稳定性与沉淀效果差，使用非常不便，易造成二次污染;(3)必须严格控制黄铁矿粉的加入量，否则过量的S2-不仅会造成水体贫氧，增加水体的COD，还能与HgS沉淀生成可溶性络阴离子[HgS2]2-，降低汞的去除率，不易操作。
发明内容
本发明是为了解决现有技术的含汞废水中汞离子沉淀剂使用稳定性差，使用非常不便的问题，提供了一种配伍科学合理，使用方便，吸附效果好，汞离子去除率高的含汞废水中汞离子吸附剂。
本发明还公开了一种含汞废水中汞离子吸附剂的制备方法，工艺步骤简单，可操作性强，适合大规模生产。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种含汞废水中汞离子吸附剂，由以下质量百分比的组分组成：3~5%葡甘露聚糖，5~10%沸石负载纳米TiO2，余量为改性高岭土。葡甘露聚糖分子具有较大的表面区域，其表面富含不同孔径的孔穴，可通过表面吸附去除Hg2+，其结构中还含有大量的活性官能团(羟基和乙酰基)，与金属阳离子有较强的配位能力，可作为Hg2+的配体，形成螯合物，另外葡甘露聚糖分子还具有絮凝作用，可将沉淀物凝结成大块絮状物从而有利于去除;纳米TiO2比表面积非常大，具有比一般的吸附材料更大的吸附容量，且对Hg2+具有很强的吸附能力，并且在较短的时间内即可达到吸附平衡，但是粉末状的纳米二氧化钛颗粒细微，在水溶
液中易于失活和团聚，会大大限制其作用的发挥，将纳米二氧化钛固定于沸石上，不仅可以保持其纳米材料的固有特性, 而且可以增强其稳定性，另外，沸石是一族具有连通孔道、呈架状构造的含水铝硅酸盐矿物，特殊的晶体化学结构使沸石拥有高效选择吸附性能，能有效吸附水中的Hg2+，从而能进一步提高本发明的吸附效果;改性高岭土结构更为稳定，具有更大的比表面积和孔隙度，对Hg2+的吸附能力大大提高。本发明的含汞废水中汞离子吸附剂配伍合理，通过各组分之间的协同配合，吸附效果好，汞离子去除率高，采用本发明的含汞废水中汞离子吸附剂处理含汞废水后，废水可直接排放，不会造成二次污。
作为优选，所述沸石负载纳米TiO2通过以下步骤制得：
(1)沸石预处理：将沸石置于0.1mol/L的HCl溶液中充分搅拌30~60min后，静置24~26h，过滤;将过滤得到的沸石加入蒸馏水中煮沸1~2h后，用蒸馏水清洗至洗液澄清;将沸石放入烘箱中于80~85℃烘烤2~3h，冷却后待用。
(2)制备TiO2溶胶：按体积比(5~6)：(20~21)：(9~10)：(1~1.2)分别称取钛酸四丁酯、乙醇、乙酸和水，先将钛酸四丁酯与占乙醇总体积1/3的乙醇混合，搅拌10~15min得溶液A，然后将蒸馏水、乙酸和剩余乙醇充分混合，得溶液B，最后在搅拌条件下将溶液B缓慢滴加到溶液A中，滴速控制在18~20滴/分钟，滴完后继续搅拌1~2h，静置24~26h，得TiO2溶胶。
(3)制备沸石负载纳米TiO2：在180~200ml的TiO2溶胶中加入6~8g步骤(1)中的沸石，超声1~2h后筛网滤出并静置48~50h，于80~85℃条件下恒温烘干后在氮气保护下升温至450~500℃焙烧1.5~2h，自然降温至100~150℃停止通氮气，待冷却至室温后用蒸馏水洗去沸石表面过量的TiO2，烘干，即得沸石负载纳米TiO2。
作为优选，步骤(1)中，所述沸石的粒径为20~40目。
作为优选，所述改性高岭土通过以下方法制得：将高岭土置于浓度为0.25~0.3mol/L的硫酸中浸泡2~3h，用蒸馏水冲洗至表面无SO42-，在90~100℃条件下烘干至恒重后于500~600℃条件下煅烧5~6h，冷却至室温后，按1~1.2g：10~12mL 的比例，用40 % 的AlCl3溶液浸泡22~24h ，过滤，烘干，即得改性高岭土。
一种含汞废水中汞离子吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(一)制备沸石负载纳米TiO2
(1)沸石预处理：将沸石置于0.1mol/L的HCl溶液中充分搅拌30~60min后，静置24~26h，过滤;将过滤得到的沸石加入蒸馏水中煮沸1~2h后，用蒸馏水清洗至洗液澄清;将沸石放入烘箱中于80~85℃烘烤2~3h，冷却后待用。
(2)制备TiO2溶胶：按体积比(5~6)：(20~21)：(9~10)：(1~1.2)分别称取钛酸四丁酯、乙醇、乙酸和水，先将钛酸四丁酯与占乙醇总体积1/3的乙醇混合，搅拌10~15min得溶液A，然后将蒸馏水、乙酸和剩余乙醇充分混合，得溶液B，最后在搅拌条件下将溶液B缓慢滴加到溶液A中，滴速控制在18~20滴/分钟，滴完后继续搅拌1~2h，静置24~26h，得TiO2溶胶。
(3)制备沸石负载纳米TiO2：在180~200ml的TiO2溶胶中加入6~8g步骤(1)中的沸石，超声1~2h后筛网滤出并静置48~50h，于80~85℃条件下恒温烘干后在氮气保护下升温至450~500℃焙烧1.5~2h，自然降温至100~150℃停止通氮气，待冷却至室温后用蒸馏水洗去沸石表面过量的TiO2，烘干，即得沸石负载纳米TiO2。
(二)制备改性高岭土
将高岭土置于浓度为0.25~0.3mol/L的硫酸中浸泡2~3h，用蒸馏水冲洗至表面无SO42-，在90~100℃条件下烘干至恒重后于500~600℃条件下煅烧5~6h，冷却至室温后，按1~1.2g：10~12mL 的比例，用40 % 的AlCl3溶液浸泡22~24h ，过滤，烘干，即得改性高岭土。
(三)复配
按3~5%葡甘露聚糖，5~10%沸石负载纳米TiO2，余量为改性高岭土的质量百分比配比称取各组分后，将各组分混合均匀即得汞离子吸附剂。
作为优选，步骤(1)中，所述沸石的粒径为20~40目。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的含汞废水中汞离子吸附剂配伍合理，通过各组分之间的协同配合，吸附效果好，汞离子去除率高，采用本发明的含汞废水中汞离子吸附剂处理含汞废水后，废水可直接排放，不会造成二次污，使用非常方便;
(2)本发明的含汞废水中汞离子吸附剂的制备方法，工艺步骤简单，可操作性强，适合大规模生产。
