申请日2017.08.23
公开(公告)日2017.12.15
IPC分类号C02F9/08; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种吸附去除工业废水中六价铬离子的方法。该方法包括如下步骤：(1)将含六价铬离子的工业废水加入容器中，调节pH值后，再加入固体吸附剂，形成混合悬浮液;(2)对混合悬浮液进行加热后，进行超声处理;超声处理结束后，分离回收固体吸附剂，排出处理后的废水。本发明反应温度较低，处理时间短，流程简单，不仅降低了吸附过程中的能耗，也提高了吸附的效率，节约时间。本发明以磁性掺氮碳纳米管作为吸附剂，与废水溶液可直接过滤分离;同时磁性掺氮碳纳米管具有来源广泛，吸附活性较高，易分离，价格便宜，无腐蚀且环境友好，稳定性好，可循环使用等优点。
权利要求书
1.一种吸附去除工业废水中六价铬离子的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将含六价铬离子的工业废水加入容器中，调节pH值后，再加入固体吸附剂，形成混合悬浮液;
(2)对混合悬浮液进行加热后，进行超声处理;超声处理结束后，分离回收固体吸附剂，排出处理后的废水。
2.根据权利要求1所述的一种吸附去除工业废水中六价铬离子的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含六价铬离子的工业废水中，六价铬离子的浓度为0.001~3000 mg/L。
3.根据权利要求1所述的一种吸附去除工业废水 中六价铬离子的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述调节pH值是调节pH值为1~11。
4.根据权利要求1所述的一种吸附去除工业废水中六价铬离子的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述固体吸附剂为磁性掺氮碳纳米管，其中磁性掺杂颗粒为Fe;所述磁性掺氮碳纳米管中，N的含量为1.0~7.0wt，Fe的含量为1.0~15wt%。
5.根据权利要求1所述的一种吸附去除工业废水中六价铬离子的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述固体吸附剂相对于工业废水的浓度为0.0001~100 g/L。
6.根据权利要求1所述的一种吸附去除工业废水中六价铬离子的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述加热是加热至温度为10~50℃。
7.根据权利要求1所述的一种吸附去除工业废水中六价铬离子的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述超声处理的功率为10~300 W，频率为0.1~100 KHZ。
8.根据权利要求1所述的一种吸附去除工业废水中六价铬离子的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述超声处理的时间为0.01～20h。
说明书
一种吸附去除工业废水中六价铬离子的方法
技术领域
本发明属于环境治理领域，具体涉及含六价铬离子的废水的治理方法。
背景技术
随着现代工业的快速发展，地球表面水的污染问题已经成为国际热点话题。现代工业导致排放的污水中所含重金属离子越来越多，比如铬，镉，汞，钽，铅和砷[Journal ofHazardous materials,2009,161(2–3):1103-1108]。其中，六价铬离子是一种常见的剧毒污染物，由于其在水溶液中具有较大溶解性，因而具有很强的移动性，对环境和人类的生存影响巨大[Environmental Science & Technology,2010,44(16):6202-6208]。美国环境保护局规定，铬离子在饮用水中的最大限额为100μg/L[Water Research,2007,41(10):2101-2108]。针对目前所存在的一些问题，目前科研界已开发了一些技术以去除重金属离子，包括氰化法、化学沉淀、化学还原法、离子交换和反渗透法[Separation and PurificationTechnology,2002,26(2):137-146;Journal of Hazardous materials,2009,167(1):260-267;Advances in Environmental Research,2003,7(2):471-478;Journal ofHazardous materials,2003,97(1):49-57;Journal of Hazardous materials,2009,170(2):1119-1124]。但是，这些方法均存在较为明显的缺陷，氰化法在使用过程中可产生剧毒中间体及其他有机氯化合物，这将引起二次污染，导致更多的环境问题。化学沉淀法虽然较为简单，但会有大量的沉淀污泥产生，对低浓度的重金属处理和后续的污泥处理均需增加投入，成本较大[Journal of Hazardous materials,2009,168(1):319-325]。离子交换法对于处理那些含有离子和非离子性杂质有限制，且操作成本也高。反渗透法虽可以有效地降低金属离子浓度，但高操作成本和有限的pH范围的限制了其应用。近期研究发现，采用吸附法具有明显优势，其成本较低并且高效[ACS Applied Materials&Interfaces,2013,5(3): 598-604]。相比于沉淀和电化学，当重金属浓度较低时，吸附法可以比较有效地除去重金属。
磁性碳纳米复合材料由于其优异的除重金属离子能力和易于分离的特性，已经越来越受到学界的重视。磁性碳纳米复合材料的制备一般是在碳材料制备过程过引入磁性金属盐(如Fe等)，从而赋予其优异的磁性，有助于在吸附完成之后快速分离[Journal ofMaterials Chemistry A,2015,3(18):9817-9825]。自去年开始，往磁性碳材料中进行表面改性和掺杂并应用于环境处理逐渐成为一个热点[Carbon 2016;109:640-649.;Carbon2017;115:503-514]。由于杂原子往往具有较为特殊的电子特性，可以有效调节吸附剂的表面电子特性，从而增强其对重金属离子的吸附作用。氮掺杂的磁性介孔碳材料成为研究的热点，其作为吸附剂具有优异的除铬离子和染料的性能，其吸附量可达95mg/g[RSCAdvances, 2014,4(108):63110-63117]，并且氮原子可以增强碳表面的电负性同时提升碳表面对金属离子的吸附作用。同时，杂原子掺杂的磁性碳材料具有较强的金属去除能力，其单位面积除铬速率远高于其他非掺杂的磁性材料。此外，采用掺氮磁性碳纳米管为吸附剂治理工业废水目前还未有相关报道，这也是本研究的较大亮点。
基于此，采用掺氮磁性碳纳米管用于去除工业废水中的六价铬离子，提出吸附去除工业废水中六价铬离子的方法，该研究方法在相关领域仍未见报道。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种吸附去除工业废水中六价铬离子的方法。该方法以磁性掺氮碳纳米管为固体吸附剂，通过超声处理吸附工业废水中的六价铬离子，流程简单，操作安全，对废水中的六价铬离子的分离效率高，且处理后的固体吸附剂易分离回收利用。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
一种吸附去除工业废水中六价铬离子的方法，包括如下步骤：
(1)将含六价铬离子的工业废水加入容器中，调节pH值后，再加入固体吸附剂，形成混合悬浮液;
(2)对混合悬浮液进行加热后，进行超声处理;超声处理结束后，分离回收固体吸附剂，排出处理后的废水。
进一步地，步骤(1)中，所述含六价铬离子的工业废水中，六价铬离子的浓度为0.001～3000mg/L。
进一步地，步骤(1)中，所述调节pH值是调节pH值为1～11。
进一步地，步骤(1)中，所述固体吸附剂为磁性掺氮碳纳米管，其中磁性掺杂颗粒为Fe。
更进一步地，步骤(1)中，所述磁性掺氮碳纳米管中，N的含量为1.0～7.0wt， Fe的含量为1.0～15wt%。
更进一步地，步骤(1)中，所述磁性掺氮碳纳米管通过三聚氰胺和水合氯化铁一步法热解制备得到：
取三聚氰胺和水合氯化铁分散在乙醇溶剂中，烘干，随后放入管式炉中，在氮气气氛下升温后保温，保温结束后降至室温，取出，得到所述磁性掺氮碳纳米管。
更进一步优选的，所述三聚氰胺与水合氯化铁的质量比为0.1～10:1。
更进一步优选的，所述烘干是在60～130℃烘干。
更进一步优选的，所述升温的速率为10℃/min。
更进一步优选的，所述保温是在650～900℃保温1～4小时。
进一步地，步骤(1)中，所述固体吸附剂相对于工业废水的浓度为0.0001～100 g/L。
进一步地，步骤(2)中，所述加热是加热至温度为10～50℃。
进一步地，步骤(2)中，所述超声处理的功率为10～300W，频率为0.1～100 KHZ。
进一步地，步骤(2)中，所述超声处理的时间为0.01～20h。
废水处理结束后，回收的固体吸附剂采用pH为9～14的碱性水溶液清洗再生，得到干净的再生固体吸附剂，并作为固体吸附剂重新进入下一次的废水处理中。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明反应温度较低，处理时间短，流程简单，操作安全，不仅降低了吸附过程中的能耗，也提高了吸附的效率，节约时间。
(2)本发明以磁性掺氮碳纳米管吸附剂活性作为吸附剂，吸附剂和废水溶液可直接过滤分离;同时磁性掺氮碳纳米管具有来源广泛，吸附活性较高，易分离，价格便宜，无腐蚀且环境友好，稳定性好，可循环使用等优点。
