在线合成类水滑石去除废水中汞、铅或镉离子的方法

摘要

本发明涉及一种在线合成类水滑石去除废水中汞、铅或镉离子的方法，按镁铝摩尔比为1～2∶1配制含镁离子、铝离子的混合盐溶液；取含汞、铅或镉离子浓度在5.0～10.0mg/L的废水，将含镁离子、铝离子的混合盐溶液加入到废水中混合，反应液pH值为8.5～9.0，反应50～60min；抽滤，固体洗涤干燥得固体类水滑石化合物；测定滤液中汞、铅或镉离子的含量。该方法省去了现有技术中吸附剂合成生产中复杂的固液分离和干燥操作，使吸附剂的合成与废水处理同时完成，实现低成本、高效率的处理废水中汞、铅、镉离子的目的；并且该方法处理后的废水中汞、铅、镉的浓度在国家标准允许排放浓度以下。

说明书

技术领域

本发明涉及一种去除废水中汞、铅、镉离子的方法，属于废水治理技术领域，特别涉及在废水处理过程中利用在线合成类水滑石化合物去除废水中汞、铅或镉离子的方法。

背景技术

随着现代社会工业化程度的不断提高，人们向自然界排放的金属废弃物越来越多，特别是工业生产过程中产生的含汞、铅、镉废水造成了严重的环境污染。汞、铅、镉离子具有一定的毒性，排入环境后不易被降解去除，而是在环境中长期积累，而且还可以通过食物链在各级生物之间传递，对生物和人体产生极大的毒害作用。因此，必须严格控制镉离子的排放，如果任其排放到自然界中，势必对人类赖以生存的自然环境造成严重的污染。而类水滑石化合物(HTLcs)具有类似于水镁石的层状结构，基本结构式为：[M_1-x²⁺M_x³⁺(OH)₂](A^n-)_x/n·yH₂O，其中M²⁺代表层板上的二价阳离子。HTLcs层板上的二价阳离子具有可调控性，一定条件下可将汞、铅、镉等二价金属阳离子引入其结构中合成不同的HTLcs，同时可以去除水中的镉离子。

汞、铅、镉离子的去除方法以及类水滑石吸附水中的重金属离子等技术已有公开，如CN1064226公开了一种用于生活饮用水净化的高效能、可再生的脱铅离子筛的制造方法和该离子筛的应用。脱铅离子筛是在硅胶载附的钛化物上，引入适量铅离子，经热处理使之固位，再将铅离子洗脱，即在该复合物内部布满了与铅离子相适应的特定筛孔。应用时，待净化的水体，不需任何处理，即可直接通入装有本离子筛的吸附柱，从而达到脱铅净化之目的。CN1994916公开了一种去除水中二价镉离子的钢渣组合物及其制法和应用，所说的钢渣的组分和含量至少包括：质量分数为30％～50％的CaO，10％～30％的SiO₂和5％～40％的Fe₂O₃，其钢渣组合物为成分的吸附剂具有吸附性能优异、操作简单、无毒害作用、价格低廉、环保效益显著等特点。CN101033095公开了一种去除水中微量汞、镉离子的改性水滑石制备方法，以氨基酸作为主要改性源，对水滑石进行改性，利用水相沉淀热结晶法制备改性水滑石，通过控制干燥方式，使其在结构上实现优化。

以上去除废水中汞、铅、镉离子的方法都是采用先合成吸附剂，再进行离线的吸附这种方式。首先在固体吸附剂的合成中需要复杂的固液分离过程；并且在吸附剂的制备和镉离子的吸附这两个过程中需要两套仪器设备，增加了处理的成本。

发明内容

针对现有技术方法的不足，提供一种在线合成类水滑石去除废水中汞、铅、镉离子的方法，实现低成本、高效率的处理废水中汞、铅、镉离子，使废水中的汞、铅、镉离子的浓度降低至国家标准允许的排放浓度以下。

本发明的技术方案如下：

在线合成类水滑石去除废水中汞、铅或镉离子的方法，步骤如下：

(1)含镁离子、铝离子的混合盐溶液的配制

将硝酸镁和硝酸铝溶于去离子水中，得到镁铝摩尔比为1～2∶1的含镁离子、铝离子的混合盐溶液；

(2)取含汞、铅或镉离子的废水，测定其中汞、铅或镉离子的浓度为5.0～10.0mg/L时备用；当废水中汞、铅或镉离子的浓度高于10.0mg/L时，加水稀释至汞、铅或镉离子的浓度至5.0～10.0mg/L；

(3)按照体积比1∶1，将步骤(1)的含镁离子、铝离子的混合盐溶液加入到步骤(2)的废水中混合，同时滴加氢氧化钠溶液，控制反应液的pH值为8.5～9.0，在磁力搅拌的条件下反应50～60min；

(4)抽滤，用水洗涤固体3～5次，在70℃下干燥24h，得类水滑石化合物。滤液用于重金属离子浓度分析，测定其中汞、铅或镉离子的含量，符合《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的排放标准以下排放。

优选的，步骤(3)中氢氧化钠溶液质量浓度为100g/L。

当去除废水中汞离子时，优选的，步骤(1)混合盐溶液的镁铝摩尔比为1∶1，步骤(3)中的反应液的pH值为8.5；步骤(1)混合盐溶液的镁铝摩尔比为1∶2，步骤(3)中的反应液的pH值为9.0。

当去除废水中铅离子或镉离子时，优选的，步骤(1)混合盐溶液的镁铝摩尔比为1∶1，步骤(3)中的反应液的pH值为9.0；步骤(1)混合盐溶液的镁铝摩尔比为1∶2，步骤(3)中的反应液的pH值为8.5。

本发明的方法中测定汞、铅或镉离子的含量的方法分别是，汞离子的测定采用双硫腙分光光度法，铅离子或镉离子的测定均采用火焰原子吸收分光光度法。

步骤(4)所得固体，用于固体样品分析，经红外光谱图和X射线衍射谱图证实为类水滑石化合物。结构式[M_1-x²⁺M_x³⁺(OH)₂](A^n-)_x/n·yH₂O，其中M²⁺为二价金属离子(镁、汞、铅或镉)，M_x³⁺为铝离子，A^n-为层间阴离子(碳酸根离子)，x指金属元素的含量变化。

本发明的特点是在去除废水中汞、铅、镉离子的同时合成类水滑石，所得类水滑石可以用于很多方面：在工业上可以作为阻燃剂、分子筛、离子交换剂等；在吸附方面可以作为卤素消除剂、聚乙烯稳定剂等。

由于类水滑石的结构具有金属阳离子的可调控性，当废水中含有多种重金属离子时，它们可以同时进入类水滑石化合物的层间，形成结构更加复杂的类水滑石化合物。

含重金属离子废水的治理是一个复杂的过程，本发明利用在线合成类水滑石化合物的方法去除水体中的汞、铅、镉离子，使废水资源化利用成为可行，该方法省去了现有技术中吸附剂合成生产中复杂的固液分离和干燥操作，使吸附剂的合成与废水处理两个分立的步骤在一个系统中完成，实现低成本、高效率的处理废水中汞、铅、镉离子，使废水中的汞、铅、镉离子的浓度降低至国家标准允许的排放浓度以下，可以广泛地进行工业应用。

附图说明

图1为实施例1中得到的固体样品的红外光谱图。

图2为实施例1中得到的固体样品的X射线衍射谱图。

图3为实施例3中得到的固体样品的红外光谱图。

图4为实施例3中得到的固体样品的X射线衍射谱图。

图5为实施例5中得到的固体样品的红外光谱图。

图6为实施例5中得到的固体样品的X射线衍射谱图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不限于此。实施例中所说的镁铝比值均为镁离子、铝离子的摩尔比。

实施例1：

取含汞离子浓度为10.0mg/L的废水100mL于300mL的锥形瓶中，在磁力搅拌下迅速加入镁铝比值为1的混合盐溶液100mL，其中含镁离子6.0mmol/L，铝离子6.0mmol/L，接着在剧烈搅拌下加入100g/L氢氧化钠调节溶液的pH值为8.5，反应60min，然后进行固液分离。测定溶液中汞离子的浓度为0.042mg/L，去除率为99.02％，能够达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)允许的排放浓度。得到的固体样品为类水滑石化合物，结构式为：Hg₂Mg₄Al₂(OH)₁₆CO₃·4H₂O。

本实施例1中得到的固体样品的红外光谱图如图1所示，X射线衍射谱图如图2所示。

实施例2：

处理方法与实施例1相同，所不同的是混合盐镁铝比值为2，混合盐溶液中铝离子浓度为3.0mmol/L，pH为9.0。处理后废水中铬(VI)离子的剩余浓度为0.038mg/L，去除率为99.62％。

实施例3：

取含铅离子浓度为10.0mg/L的废水100mL于300mL的锥形瓶中，在磁力搅拌下迅速加入镁铝比值为1的混合盐溶液100mL，其中含镁离子6.0mmol/L，铝离子6.0mmol/L，接着在剧烈搅拌下加入氢氧化钠调节溶液的pH值为9，反应60min后进行固液分离。溶液中铅离子的浓度为0.203mg/L，去除率为97.97％，能够达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)允许的排放浓度。得到的固体样品为类水滑石化合物，结构式为：Pb₂Mg₄Al₂(OH)₁₆CO₃·4H₂O。

本实施例3中得到的固体样品的红外光谱图如图3所示，X射线衍射谱图如图4所示。

实施例4：

处理方法与实施例3相同，所不同的是混合盐镁铝比值为2，混合盐溶液中铝离子浓度为3.0mmol/L，pH为8.5。处理后废水中铬(VI)离子的剩余浓度为0.227mg/L，去除率为97.73％。

实施例5：

取含镉离子浓度为10.0mg/L的废水100mL于300mL的锥形瓶中，在磁力搅拌下迅速加入镁铝比值为1的混合盐溶液100mL，其中含镁离子6.0mmol/L，铝离子6.0mmol/L，接着在剧烈搅拌下加入氢氧化钠调节溶液的pH值为9.0，反应60min后进行固液分离。溶液中镉离子的浓度为0.087mg/L，去除率为99.13％，能够达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)允许的排放浓度。得到的固体样品为类水滑石化合物，结构式为Cd₂Mg₄Al₂(OH)₁₆CO₃·4H₂O。

本实施例5中得到的固体样品的红外光谱图如图5所示，X射线衍射谱图如图6所示。

实施例1、3、5的样品谱图分析

从图1、3、5红外光谱图中可以看到，实施例1、3、5三种样品的谱图具有相似的吸收峰，具有类水滑石的典型谱图。并且各个化合物在700～300cm^-1处的吸收峰略有不同，它们是M-Al-OH弯曲振动引起的。这说明实施例1、3、5三种固体样品是类水滑石化合物，并且各个重金属离子都进入了化合物的结构中，由类水滑石化合物的结构特征可知重金属离子在层状化合物中的嵌入作用是重金属离子赋存的主要形式和滞留的主要机制。

从图2、4、6的X射线衍射谱图中可以看出，实施例1、3、5三种样品都具有类水滑石化合物的特征衍射峰，同时低角度的衍射峰比较尖锐，高角度的衍射峰较弱，这是层状化合物的共同结构特征之一。图谱的基线低且较平稳，特征衍射峰尖而窄，说明化合物结晶度高，杂质含量低。

实施例6：

处理方法与实施例3相同，所不同的是混合盐镁铝比值为2，混合盐溶液中铝离子浓度为3.0mmol/L，pH为8.5。处理后废水中铬(VI)离子的剩余浓度为0.091mg/L，去除率为99.13％。