申请日2014.11.05
公开(公告)日2015.01.28
IPC分类号B01J20/20; C02F1/62; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本发明属于工业废水控制领域一种用于废水脱铅的镍改性活性炭吸附剂的制备方法，技术方案：步骤：将商品化颗粒状活性炭浸泡，干燥，粉碎后过100～300目筛备用;配制浓度为5～8mol/L的硝酸溶液，混匀静置澄清;将活性炭浸渍到硝酸溶液中，得活化的活性炭。将活化的活性炭投入镍离子溶液中，镍离子溶液与活化后的活性炭按照体积质量比0.5～5mL/1g进行混合搅拌均匀，镍离子溶液的浓度为2～20mg/L，得镍改性活性炭吸附剂。有益效果：通过改变原始活性炭的孔结构特征和表面官能团的种类和分布，提高其吸附脱除废水中重金属铅的能力;制备方法简单、操作方便且条件温和、成本低廉，脱铅能力得到提高。
权利要求书
1. 一种用于废水脱铅的镍改性活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)将商品化颗粒状活性炭浸泡，干燥，粉碎后过100～300目筛备用;
(2)配制浓度为5～8 mol/L的硝酸溶液，混匀静置澄清;
(3)将步骤(1)所述的活性炭浸渍到步骤(2)所述的硝酸溶液中，活性炭与硝酸溶液的体积比为1：2～1：5，超声振荡0.5～4 h，超声温度为 25～100 ℃，超声频率为80KHz;超声功率为100～300 W，浸泡12～18 h，蒸馏水反复冲洗至中性，80～120 ℃烘箱中干燥至恒重，得活化的活性炭;
(4)将活化的活性炭投入镍离子溶液中，镍离子溶液与活化后的活性炭按照体积质量比0.5～5 mL/1g进行混合搅拌均匀，镍离子溶液为NiCl2溶液、Ni(NO3)2溶液或NiSO4溶液，镍离子溶液的浓度为2～20 mg/L，超声振荡2h，浸泡12～18 h，80～120 ℃烘箱中干燥至恒重，在马弗炉中200～500 oC下焙烧1～5 h，得镍改性活性炭吸附剂。
说明书
用于废水脱铅的镍改性活性炭吸附剂的制备方法
技术领域
本发明属于工业废水控制领域，主要涉及一种应用于冶炼、涂料、五金等工业废水脱铅技术中吸附脱除废水中重金属铅离子的方法，具体涉及一种用于废水脱铅的镍改性活性炭吸附剂的制备方法。
背景技术
近年来，随着采矿、金属冶炼、燃煤和含铅汽油的使用等人类活动的加剧，大量的重金属铅离子被排入环境中，造成人类生存环境和农业生态环境急剧恶化;研究表明，血铅超过3.86 μmol/L时可出现明显铅中毒现象，并将血铅的诊断值定在2.9 μmol/L;因此，富集和分离痕量铅是分析和处理铅中毒不可缺少的环节;依据2005年12月29日颁布的<生活饮用水卫生标准>(GB5749-2006)，我国的生活饮用水铅含量标准也改为0.01mg/L;此新标准的提出，使现有的水处理设施在除铅方面面临着很大的挑战。
活性炭具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，同时表面的活性基团对于性质相反的物质具有较强的吸附作用，可用作吸附剂、催化剂和催化剂载体;虽然国内外学者在活性炭改性技术方面做了长期并大量的研究工作，但以往制备的活性炭主要是通过活性炭表面负载改性来提高除铅效果;目前，浸渍活性炭的制备方法公开的专利有CN1765489、CN1830542、CN103721675等，而负载改性活性炭面临的负载离子易扩散到水溶液中，其稳定性差且吸附容量小，以及产业化困难等问题并未得到有效解决;因此，如何克服现有活性炭在除铅方面的不足，改善活性炭对水中低浓度铅离子的选择吸附性能差和抗干扰性较弱等问题，制备出一种经济、操作简便的吸附剂具有较大的现实意义。
发明内容
本发明是要解决现有商品颗粒状活性炭对铅的吸附能力差，负载改性活性炭存在稳定性差和吸附容量小的问题，而提供一种用于废水脱铅的镍改性活性炭吸附剂的制备方法。
技术方案：所述方法包括以下步骤：
(1)将商品化颗粒状活性炭浸泡，干燥，粉碎后过100～300目筛备用;
(2)配制浓度为5～8 mol/L的硝酸溶液，混匀静置澄清;
(3)将步骤(1)所述的活性炭浸渍到步骤(2)所述的硝酸溶液中，活性炭与硝酸溶液的体积比为1：2～1：5，超声振荡0.5～4 h，超声温度为 25～100 ℃，超声频率为80KHz;超声功率为100～300 W，浸泡12～18 h，蒸馏水反复冲洗至中性，80～120 ℃烘箱中干燥至恒重，得活化的活性炭。
(4)将活化的活性炭投入镍离子溶液中，镍离子溶液与活化后的活性炭按照体积质量比0.5～5 mL/1g进行混合搅拌均匀，镍离子溶液为NiCl2溶液、Ni(NO3)2溶液或NiSO4溶液，镍离子溶液的浓度为2～20 mg/L，超声振荡2h，浸泡12～18 h，80～120 ℃烘箱中干燥至恒重，在马弗炉中200～500 oC下焙烧1～5 h，得镍改性活性炭吸附剂。
有益效果 ：
(1)本发明将硝酸活化与过渡金属镍改性相结合，通过改变原始活性炭的孔结构特征和表面官能团的种类和分布，提高其吸附脱除废水中重金属铅的能力;
(2)本发明中的改性活性炭制备方法简单、操作方便且条件温和、成本低廉，脱铅能力得到提高;将镍改性后的活性炭应用于废水中铅的脱除可以减少活性炭的用量，从而降低活性炭的投入成本，进而降低运行成本，因此具有广阔的应用和发展的空间。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明;应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
将本发明实施例1-6所得到的改性活性炭吸附剂和原始活性炭进行活性评价：
实施例 1:镍改性活性炭吸附剂具体是按照以下步骤进行制取：
(1)将商品化颗粒状活性炭浸泡，干燥，粉碎后过100～200目筛备用;
(2)配制摩尔浓度为4mol/L的硝酸溶液，充分混匀静置澄清;
(3)按照活性炭与硝酸溶液的体积比为1：3，将活性炭浸渍到上述硝酸溶液中，在温度为25℃，频率为80KHz，功率为160W超声清洗器中震荡0.5h;然后洗涤、烘干制得活化的活性炭。
(4)将活化后的活性炭按照体积质量比2.0 mL/1g加入到浓度为2 mg/L的Ni(NO3)2溶液中，搅拌均匀，超声振荡1.5 h，浸泡18 h，80 ℃烘箱中干燥12h，在马弗炉中200 oC下焙烧3 h，得镍改性活性炭吸附剂。
分别准确称取100～400 mg的镍改性活性炭吸附剂和未改性的活性炭，投入20mg/L硝酸铅溶液中，一定pH值下，放在的频率为80 KHz振荡床上反应一定时间，过滤后取适量的滤液测定废水中重金属铅的去除率;由实验结果可以看出，由实施例1获得的镍改性活性炭吸附剂在pH值范围6～10内对铅离子的去除率高达70 %，相比较而言，未改性的活性炭对pH值依赖程度较大范围6～8，对铅离子的去除率偏低，约为40 %;另外，与未改性活性炭相比，镍改性活性炭吸附剂达到吸附平衡所需时间更短仅需1.5 h，未改性的活性炭达到吸附平衡的时间为3 h。
实施例 2：镍改性活性炭吸附剂具体是按照以下步骤进行制取：
(1)将商品化颗粒状活性炭浸泡，干燥，粉碎后过80～400目筛备用;
(2)配制摩尔浓度为5 mol/L的硝酸溶液，充分混匀静置澄清 ;
(3)按照活性炭与硝酸溶液的体积比为1：2.5，将目数范围为100～200目的活性炭浸渍到上述硝酸溶液中，在温度为40 ℃，频率为80 KHz，功率为160 W超声清洗器中震荡1.5 h;然后洗涤、烘干制得活化的活性炭。
(4)将活化后的活性炭按照体积质量比2.0 mL/1g加入到浓度为6 mg/L的Ni(NO3)2溶液中，搅拌均匀，超声振荡1.5 h，浸泡18 h，100 ℃烘箱中干燥14 h，在马弗炉中300 oC下焙烧3 h，得镍改性活性炭吸附剂。
分别准确称取100～400 mg的镍改性活性炭吸附剂和未改性的活性炭，投入20mg/L硝酸铅溶液中，一定pH值下，放在的频率为80 KHz振荡床上反应一定时间，过滤后取适量的滤液测定废水中重金属铅的去除率;由实验结果可以看出，由实施例2获得的镍改性活性炭在最佳pH值范围6～12内对铅离子的去除率高达75 %，相比较而言，未改性的活性炭对pH值依赖程度较大范围6～8，对铅离子的去除率偏低，约为40 %;另外，与未改性的活性炭相比，镍改性活性炭吸附剂达到吸附平衡所需时间更短仅需1.0 h，未改性活性炭达到吸附平衡的时间为3 h。
实施例 3：镍改性活性炭吸附剂具体是按照以下步骤进行制取：
(1)将商品化颗粒状活性炭浸泡，干燥，粉碎后过80～400目筛备用;
(2)配制摩尔浓度为6 mol/L的硝酸溶液，充分混匀静置澄清 ;
(3)按照活性炭与硝酸溶液的体积比为1：1，将目数范围为100～200目的活性炭浸渍到上述硝酸溶液中，在温度为60 ℃，频率为80 KHz，功率为200 W超声清洗器中震荡2.0 h;然后洗涤、烘干制得活化的活性炭。
(4)将活化后的活性炭按照体积质量比2.0 mL/1g加入到浓度为8 mg/L的Ni(NO3)2溶液中，搅拌均匀，超声振荡1.5 h，浸泡18 h，110 ℃烘箱中干燥14 h，在马弗炉中300 oC下焙烧3h，得镍改性活性炭吸附剂。
分别准确称取100～400 mg的镍改性活性炭吸附剂和未改性的活性炭，投入20mg/L硝酸铅溶液中，一定pH值下，放在的频率为80 KHz振荡床上反应一定时间，过滤后取适量的滤液测定废水中重金属铅的去除率;由实验结果可以看出，由实施例3获得的镍改性活性炭在最佳pH值范围6～13内对铅离子的去除率高达82%，相比较而言，未改性的活性炭对pH值的依赖程度较大范围6～8，对铅离子的去除率偏低，约为40%;另外，与未改性的活性炭相比，镍改性活性炭吸附剂达到吸附平衡所需时间更短仅需0.5 h，未改性的活性炭达到吸附平衡的时间为3 h。
实施例 4：镍改性活性炭吸附剂具体是按照以下步骤进行制取：
(1)将商品化颗粒状活性炭浸泡，干燥，粉碎后过80～400目筛备用;
(2)配制摩尔浓度为 7mol/L的硝酸溶液，充分混匀静置澄清 ;
(3)按照活性炭与硝酸溶液的体积比为1：2.5，将目数范围为100～200目的活性炭浸渍到上述硝酸溶液中，在温度为80 ℃，频率为80 KHz，功率为180 W超声清洗器中震荡1.5 h;然后洗涤、烘干制得活化的活性炭。
(4)将活化后的活性炭按照体积质量比2.0 mL/1g加入到浓度为10 mg/L的Ni(NO3)2溶液中，搅拌均匀，超声振荡2.5 h，浸泡14 h，120℃烘箱中干燥14 h，在马弗炉中300 oC下焙烧3 h，得镍改性活性炭吸附剂。
分别准确称取100～400 mg的镍改性活性炭吸附剂和未改性的活性炭，投入20mg/L硝酸铅溶液中，一定pH值下，放在的频率为80 KHz振荡床上反应一定时间，过滤后取适量的滤液测定废水中重金属铅的去除率;由实验结果可以看出，由实施例4获得的镍改性活性炭在最佳pH值范围6～14内对铅离子的去除率高达93%，相比较而言，未改性的活性炭对pH值依赖程度较大范围6～8，对铅离子的去除率偏低，约为40%;另外，与未改性的活性炭相比，镍改性活性炭吸附剂达到吸附平衡所需时间更短仅需0.5 h，未改性活性炭达到吸附平衡的时间为3 h。
实施例 5：镍改性活性炭吸附剂具体是按照以下步骤进行制取：
(1) 将商品化颗粒状活性炭浸泡，干燥，粉碎后过100-200目筛备用;
(2) 配制摩尔浓度为 7 mol/L的硝酸溶液，充分混匀静置澄清 ;
(3)按照活性炭与硝酸溶液的体积比为1：1.5，将目数范围为100～200目的活性炭浸渍到上述硝酸溶液中，在温度为40 ℃，频率为80 KHz，功率为160 W超声清洗器中震荡1.5 h;然后洗涤、烘干制得活化的活性炭。
(4)将活化后的活性炭按照体积质量比2.0 mL/1g加入到浓度为15 mg/L的Ni(NO3)2溶液中，搅拌均匀，超声振荡1.5h，浸泡18h，110℃烘箱中干燥14h，在马弗炉中300oC下焙烧3h，得镍改性活性炭吸附剂。
分别准确称取100～400 mg的镍改性活性炭吸附剂和未改性的活性炭，投入20mg/L硝酸铅溶液中，一定pH值下，放在的频率为80 KHz振荡床上反应一定时间，过滤后取适量的滤液测定废水中重金属铅的去除率;由实验结果可以看出，由实施例5获得的镍改性活性炭在最佳pH值范围6～14内对铅离子的去除率高达95%，相比较而言，未改性的活性炭对pH值的依赖程度较大范围6～8，对铅离子的去除率偏低，约为40%;另外，与未改性的活性炭相比，镍改性活性炭吸附剂达到吸附平衡所需时间更短仅需0.5 h，未改性活性炭达到吸附平衡的时间为3 h。
实施例 6：镍改性活性炭吸附剂具体是按照以下步骤进行制取：
(1) 将商品化颗粒状活性炭浸泡，干燥，粉碎后过80～400目筛备用;
(2) 配制摩尔浓度为 7mol/L的硝酸溶液，充分混匀静置澄清 ;
(3)按照活性炭与硝酸溶液的体积比为1:1.5，将目数范围为100～200目的活性炭浸渍到上述硝酸溶液中，在温度为40℃，频率为80KHz，功率为160W超声清洗器中震荡1.5h;然后洗涤、烘干制得活化的活性炭。
(4)将活化后的活性炭按照体积质量比2.0 mL/1g加入到浓度为10 mg/L的Ni(NO3)2溶液中，搅拌均匀，超声振荡1.5 h，浸泡18 h，110 ℃烘箱中干燥14 h，在马弗炉中300oC下焙烧3 h，得镍改性活性炭吸附剂。
分别准确称取100～400 mg的镍改性活性炭吸附剂和未改性的活性炭，投入20mg/L硝酸铅溶液中，一定pH值下，放在的频率为80 KHz振荡床上反应一定时间，过滤后取适量的滤液测定废水中重金属铅的去除率;由实验结果可以看出，由实施例6获得的镍改性活性炭在最佳pH值范围6～14内对铅离子的去除率高达98%以上，剩余铅含量为0.47mg/L，低于出水中铅浓度污水综合排放标准≤1.0mg/L;相比较而言，未改性的活性炭对pH值的依赖程度较大范围6～8，且对铅离子的去除率偏低，约为40%;另外，与未改性的活性炭相比，镍改性活性炭吸附剂达到吸附平衡所需时间更短仅需10 min，未改性活性炭达到吸附平衡的时间为3 h。
