透闪石绒吸附污水中铅离子的方法

摘要

透闪石绒吸附污水中铅离子的方法，将含钙镁碱土金属硅酸盐透闪石绒矿物焙烧后粉碎过筛，用氯化铁溶液反应生成透闪石绒吸附剂，用于对含铅化物为50～150mg/L的污水除铅离子处理，在pH值6～8，在20～25℃水浴恒温振荡30～60分钟，污水中铅离子去除率为99.7～100％，透闪石绒吸附剂对污水含铅化物溶液浓度为50～200mg/L时呈线性相关。本发明制备的透闪石绒吸附剂经吸附金属污水后可再生反复利用，透闪石绒吸附剂制备工艺简单，用于处理含铅污水价格低廉，便于推广应用，符合环保节能、低炭经济要求。

说明书

技术领域

本发明涉及污水处理，特别用透闪石绒材料去除工业污水中铅离子的方法。

背景技术

随着我国工业的迅速发展，严重的环境污染使许多河流、湖泊及地下水的水质日趋恶化，电镀、制草、化工等行业每年排放大量含重金属离子废水，含Pb、Cd、Hg等重金属子对生物环境和人类生存危害最大，特别是我国电动车行业迅猛发展，报废的铅酸电池加重了地面水的铅污染，造成铅离子对我国生态环境严重污染，产生人体铅中毒，铅离子能与人体内多种酶结合，从而干扰人体正常生化生理功能，尤其干扰神经、血液和消化系统，特别是儿童铅中毒，影响正常发育与智力障碍。对于铅的环境污染传统方法是对含铅废水采用中和沉淀、离子交换、电解和液膜渗透等，这些方法原料成本高，费用大，难于推广应用。

我国环境保护研究部门和环境科学院校面对严重的铅污染扩散问题，进行了废水中Pb⁺离子的处理研究，如《中国矿业》2007.第2期报到用酸性膨润土处理含铅废水研究，废水中Pb⁺的去除率达99.6％，《南华大学学报》2005.19(1)用羟基磷灰石生物活性材料处理重金属废水的研究，使重金属废水中的Pb⁺离子含量达到0.012-0.033mg/L。

发明内容

本发明要解决的技术问题是利用透闪石绒矿储量丰富、价格便宜的优势，对污水中铅离子进行吸附研究，寻找可行的工艺方法，降低处理铅污染的成本，实现推广应用，改善生存环境。

透闪石绒吸附剂的制备方法，其特征包括以下步骤：

a、将透闪石绒放于电热鼓风干燥箱中在100～110℃温度下焙烧3～4小时，冷却至室温度，研磨后经80～100目过筛得透闪石绒粉；

b、将上述透闪石绒粉与0.05～0.10mol/L的氯化铁溶液按透闪石绒粉∶氯化铁溶液＝2～3∶100重量比混合，300次/分恒温振荡20～24小时后抽滤，用蒸馏水洗涤滤饼2～3次；

c、将上述洗涤过滤饼放在温度140～150℃鼓风干燥箱中烘干1～2小时；

d、将经过烘干的上述过滤饼粉碎研磨，80～100目过筛即得透闪石绒吸附剂。

透闪石绒吸附剂处理污水中铅离子的方法，其特征包括以下步骤：取含铅化物为50～150mg/L的污水100ml，加入透闪石绒粉0.2～0.5g，调节PH值至6～8，在20～25℃水浴恒温振荡30～60分钟，离心过滤后，取上清液进行原子分光光度计测量，污水中铅离子去除率为99.7～100％。

透闪石绒吸附剂的再生方法，其特征在于以下步骤：

将已吸附过金属离子的透闪石绒吸附剂用清水洗涤2～3次，再用0.1～0.5mol/L的H₂SO₄洗涤浸泡12～24小时，每隔6小时振动1～5分钟，然后用纯水洗至溶液PH值为6～8，过滤后将滤渣置于110～120℃烘箱烘干3～4小时，研磨后80～100目过筛，即得再生透闪石绒吸附剂。

本发明的上述方法的有益效果是：透闪石绒是一种含钙镁碱土金属的硅酸盐矿物，地球表层资源丰富，用于处理含铅污水价格低廉，便于推广应用，再是透闪石绒吸附剂制备工艺简单，操作方便，且吸附率高，还可多次再生反复应用，符合节能低炭经济要求。

附图说明

图1为透闪石绒吸附剂扫描电镜图。

图2为透闪石绒吸附剂在不同温度下的吸附图。

图3为透闪石绒吸附剂在不同PH值下的吸附图。

图4为透闪石绒吸附剂对不同铅浓度的吸附量。

具体实施方式

透闪石绒系含钙镁碱土金属的硅酸盐矿物，富含SiO2，CaO，MgO，是一种双链状结构的硅酸盐矿物。其理论组成(w％)：CaO 13.8，MgO 24.6，SiO₂ 58.8，H₂O 2.8；Mg、Fe之间呈完全类质同像；若Mg/(Mg+Fe)≥0.90，为透闪石；透闪石中还有少量的Al代替Mg，Na、K、Mn代替Ca、M9，F^-代替OH^-。

化学成分：Ca₂(Mg，Fe²⁺)₅[Si₄O₁₁]₂(OH)₂

化学性质：成分中少量的Mg，可被Fe⁺²所置换。

主要材料规格和来源

表1主要材料的规格和来源

测试仪器及方法

岛津AA-6200原子分光光度计：采用标准曲线法。

水浴恒温振荡器，所有实验均为300转/分钟。

吸附剂的制备

取一定量不同的透闪石绒、天然沸石、海泡石绒、膨润土、高岭土等吸附剂，分别用DHG-9070A型电热鼓风干燥箱在100～110℃温度下焙烧3～4小时；分别研磨后，在80～100目标准筛下过筛，即可制得不同的吸附剂粉。

透闪石绒吸附剂制备

配制0.05～0.10mol/L的氯化铁溶液100ml，取上述2～3g的透闪石绒与100ml各浓度的氯化铁溶液混合，常温下用300次/分振荡器震荡20～24小时后抽滤。用蒸馏水洗涤滤饼2～3次，将滤饼放于鼓风干燥箱中140～150℃烘1～2个小时，将滤饼粉碎研磨，在80～100目下过筛，制得透闪石绒吸附剂。

实施例1：不同吸附剂的筛选

分别取0.2g不同的透闪石绒、天然沸石、海泡石绒、膨润土、高岭土等吸附剂，与100ml浓度为50mg/L的硝酸铅溶液(模拟废水中铅离子浓度)混合，在20℃温度下的水浴恒温振荡器中振荡1小时，溶液经离心后，取上清液放入小试管中，在岛津AA-6200原子分光光度计进行分析检测。

表2最佳吸附剂筛选

吸附剂    去除率(％)    吸附容量(mg/g)

天然沸石  96.62         24.13

海泡石绒  95.17         23.77

膨润土    96.44         24.09

高岭土    96.07         24.00

透闪石绒  99.77         25.00

实验结果：透闪石绒吸附剂用于吸附水中重金属Pb，处理后的水能够达到排放标准，去除率达到99％以上。

实施例2：吸附剂最佳用量的确定

取0.1g、0.2g、0.5g、1.0、1.5g、2.0g透闪石绒吸附剂，与100ml浓度为50mg/L的硝酸铅溶液(模拟废水中铅离子浓度)混合，在20℃温度下的水浴恒温振荡器中振荡1小时，反应后溶液经离心，取上清液放入小试管中，在岛津AA-6200原子分光光度计进行分析检测。

表3最佳吸附剂用量筛选

吸附剂用量(g)      去除率(％)

0.1                99.32

0.2                99.77

0.5                100.00

1.0                100.00

1.5                100.00

2.0                100.00

实验结果：透闪石绒吸附剂用于吸附处理低浓度废水中重金属Pb，处理量100ml的最佳用量为0.2g～0.5g。

实施例3：最佳吸附温度和PH值的测定

取0.1g透闪石绒吸附剂与100ml浓度为50mg/L的硝酸铅溶液(模拟废水中铅离子浓度)混合，分别在20℃、30℃、40℃和50℃的温度下的水浴恒温振荡器中振荡1小时，反应后溶液经离心，取上清液放入小试管中，在岛津AA-6200原子分光光度计进行分析检测，结果见图2，得出最佳吸附温度为20℃。再分别在十个不同PH值下与100ml硝酸铅溶液的浓度为50mg/L的硝酸铅溶液进行吸附实验，得出最佳吸附剂的最佳吸附PH值为6～8，结果见图3。

实验结果表明，20℃为透闪石绒吸附的最佳温度；在中性条件下，吸附最为适宜。

实施例4：最佳吸附浓度的测定

取0.1g透闪石绒吸附剂与100ml硝酸铅溶液的浓度为30、50、100、150、200、300、500mg/L的硝酸铅溶液(模拟废水中铅离子浓度)混合，在20℃温度下的水浴恒温振荡器中振荡1小时，反应后溶液经离心，取上清液放入小试管中，在岛津AA-6200原子分光光度计进行分析检测。结果如图4所示，图4表明透闪石绒吸附剂对含铅溶液的最高吸附浓度为400～500mg/L，最大吸附量为250～260mg/g，每克透闪石绒吸附剂对铅化物的吸附量在溶液浓度为50～200mg/L时呈线性相关。

实施例5：透闪石绒吸附剂处理镀铜废水

取0.5g透闪石绒吸附剂与20ml镀铜废水混合，调节PH值为中性，在20℃温度下的水浴恒温振荡器中振荡1小时，反应后溶液经离心，取上清液放入小试管中，在岛津AA-6200原子分光光度计进行分析检测，结果列于表四，测得铅离子含量为0.06mg/L，根据国家标准可以直接排放。

表四

  Pb  Cr  Ni  Cu  Zn  镀铜废水(mg/L)  0.30  1.24  0.74  24.9  0.18  处理后(mg/L)  0.06  0.37  0.17  6.27  0

实施例6：透闪石绒吸附剂处理镀锌废水

取0.5g透闪石绒吸附剂与20ml镀锌废水混合，调节PH值为中性，在20℃温度下的水浴恒温振荡器中振荡1小时，反应后溶液经离心，取上清液放入小试管中，在岛津AA-6200原子分光光度计进行分析检测；收集此清液，再加入0.5g透闪石绒吸附剂(调节悬浊液pH为中性)，测得铅离子含量为0.57mg/L，结果见表五，根据国家标准可以直接排放。

表五

  Pb  Cr  Ni  Cu  Zn  镀锌废水(mg/L)  183  67.5  7.8  24  172  一次处理后(mg/L)  25.5  27.5  6.5  20.5  147.5  2次处理后(mg/L)  0.57  10.0  4.3  16.5  121.0

实施例7：透闪石绒吸附剂同时吸附Pb2+、Co2+、Cd2+、Ni2+、Cu2+

取0.5g透闪石绒吸附剂与100ml浓度为50mg/L的硝酸铅、硝酸镍、硝酸隔、硝酸铜、硝酸钴的混合溶液，调节PH值为中性，在20℃温度下的水浴恒温振荡器中振荡半小时，反应后溶液经离心，取上清液放入小试管中，在岛津AA-6200原子分光光度计进行分析检测。结果见表六表明，透闪石绒吸附剂对铅、铜和镉的吸附能力都很高。

表六

  Pb  Co  Ni  Cd  Cu  处理前(mg/L)  50  50  50  50  50  处理后(mg/L)  1.32  35.59  16.42  6.63  12.24  去除率(％)  97.36  28.82  67.16  86.74  75.52

实施例8：透闪石绒吸附剂同时吸附Pb2+、Co2+、Cd2+、Ni2+、Cu2+

取0.5g透闪石绒吸附剂与100ml浓度为50mg/L的硝酸铅、硝酸镍、硝酸隔、硝酸铜、硝酸钴的混合溶液，调节PH值为中性，在20～25℃温度下的水浴恒温振荡器中振荡30～60分钟，吸附反应后溶液经离心，取上清液放入小试管中，在岛津AA-6200原子分光光度计进行分析检测。结果见表七，透闪石绒吸附剂对铅和镉的吸附能力比天然透闪石绒对铅和镉的吸附都有所提高。

表七

  Pb  Co  Ni  Cd  Cu  处理前(mg/L)  50  50  50  50  50  处理后(mg/L)  0.15  25.90  11.19  4.88  7.14  去除率(％)  99.70  48.20  77.62  90.25  85.73

实施例9：透闪石绒吸附剂的再生利用

将吸附过Pb2+、Co2+、Cd2+、Ni2+、Cu2+的透闪石绒用清水洗涤2～3次，用0.1～0.5mol/L的H2SO4洗涤、浸泡12～24h，每隔6h振荡1～5分钟，然后用纯水洗至溶液PH值6～8，过滤；将滤饼110～120℃烘干3～4h，研磨80～100目过筛，即得再生透闪石绒吸附剂。

取0.5g再生后的透闪石绒与100ml硝酸铅、硝酸镍、硝酸镉、硝酸铜、硝酸钴的混合溶液，调节PH值为中性，在20～25℃温度下的水浴恒温振荡器中振荡30～60分钟，吸附后溶液经过滤分离，取上清液放入小试管中，在岛津AA-6200原子分光光度计进行分析检测。结果见表八，由表可知，吸附过Pb2+、Co2+、Cd2+、Ni2+、Cu2+的透闪石绒经再生处理后，铅离子浓度达到国家排放标准，可重复作吸附剂使用。

表八

  Pb  Co  Ni  Cd  Cu  处理前(mg/L)  50  50  50  50  50  处理后(mg/L)  0.75  23.80  10.55  3.56  6.20  再生后去除率(％)  98.50  52.40  78.90  92.88  87.60