[發明專利]兩種納米磁性吸附劑的制備方法

無效

• 申請號: 201210101916.7
• 申請日: 2012-04-10
• 公開（公告）號: CN102600794A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 劉巖;謝宏偉;翟玉春
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B01J20/10
• 分類號: B01J20/10;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62
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技術領域

本發明涉及吸附法處理重金屬污染廢水領域，具體涉及兩種磁性吸附劑的制備的方法，以及其在含有重金屬離子廢水處理中的應用。

背景技術

重金屬離子污染水系已經成為當今世界上最嚴重的環境問題之一。目前，此類廢水處理方法大致分為三大類：(1)化學法，主要包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體沉淀法、氧化還原法、電化學法和高分子法；(2)物理法：主要包括吸附法、萃取法、離子交換法、膜分離法、蒸發和凝固法；(3)生物處理法，主要包括生物絮凝法、生物化學法和植物修復法。這些方法中，沉淀法、氧化還原法和高分子法往往消耗大量的化學藥劑同時還產生二次污染；電化學法會消耗大量電能；萃取法、離子交換法、膜分離法以及蒸發凝固法則設備投入較多，存在處理成本偏高等問題；生物處理法的發展還不完善。吸附法由于適用體系多、二次污染小以及成本較低等優點，已經在廢水處理中得到應用。

限制吸附法在重金屬廢水處理中廣泛應用的主要原因是吸附劑吸附效率較低。隨著納米技術的發展，納米級的吸附劑，由于大的比表面積，可以大大提高吸附效率。但隨著顆粒粒度的減小，在分離上又帶來了分離效率降低和成本提高的問題，制約了納米吸附劑在該領域的發展。

納米吸附劑與納米磁性材料結合形成的納米磁性復合吸附劑，不僅利用其可磁性分離的特點彌補了單純納米吸附劑的不足，也可以在磁場的作用下強化攪拌，提高吸附效率。

發明內容

針對吸附劑吸附效率低以及難分離的現狀，本發明提供了兩種磁性納米吸附劑的制備方法。

本發明氧化硅包覆納米鎳鐵納米磁性復合吸附劑的制備方法如下：

配制濃度小于2％的鎳鐵混合溶液，其中鎳在混合物中所占的質量比為0～100％。用質量百分比濃度為1～20％的氫氧化鈉溶液調節混合液的pH值至4.5～11.0，分別加入質量為鎳鐵總質量20～200％的配位劑和表面活性劑，并加入質量為鎳鐵總質量100～2000％的還原劑，在氮氣保護下充分混合。將該混合溶液轉移至水熱反應釜中，在120～210℃下反應1～19h。反應體系自然冷卻到室溫。用磁分離的方法分離制得的磁性顆粒。將所得磁性顆粒用清水洗滌多次。

將洗滌后得到的磁性顆粒置于質量百分含量0.01～20％的硅酸鈉溶液中，邊攪拌邊通入氣體，氣體中CO₂含量在20％～100％，其余為氮氣。氣體流量控制在30～120ml/min，直至硅酸鈉溶液的pH值降到9。繼續強烈攪拌30min后靜置，用磁分離的方法分離制得的磁性復合顆粒。將分離得到的磁性復合顆粒用清水洗滌，得到二氧化硅包覆鎳鐵磁性核的磁性復合吸附劑。

本發明中磁性復合吸附劑的再生方法為將吸附了重金屬離子的吸附劑用磁分離的方法分離后溶于氯化鈉溶液中，在超聲或強力攪拌的條件下，分離出吸附在吸附劑表面的重金屬離子。經磁分離，磁性復合納米吸附劑循環使用，采用萃取分離的方法從氯化鈉溶液中回收重金屬離子，氯化鈉溶液再用于吸附劑的活化。

本發明表面結合磁性納米顆粒的磁性復合吸附劑的制備方法如下：

配制濃度小于2％的鎳鐵混合溶液，其中鎳在混合物中所占的質量比為0～100％。將納米碳管或活性炭或新制納米二氧化硅分散該溶液中。用質量百分比濃度為1～20％的氫氧化鈉溶液調節混合液的pH值至4.5～11.0，分別加入質量為鎳鐵總質量20～200％的配位劑和表面活性劑，并加入質量為鎳鐵總質量100～2000％的還原劑，在氮氣保護下充分混合。將該混合溶液轉移至水熱反應釜中，在120～210℃下反應1～19h。反應體系自然冷卻到室溫。用磁分離的方法分離制得的磁性復合顆粒。經多次洗滌，表面結合磁性納米顆粒的磁性復合吸附劑。

本發明中磁性復合吸附劑的再生方法為將吸附了重金屬離子的吸附劑根據重金屬離子的性質將其溶于弱酸或弱堿性溶液中，充分攪拌，分離重金屬離子和吸附劑。如果采用酸性溶液，則作為磁性顆粒的鎳鐵會溶于酸液，吸附劑需要過濾分離，濾液用萃取的方法回收重金屬離子，萃余液中的鎳鐵離子調節pH值后，與濾渣均重復用于磁性復合納米吸附劑的制備；如果采用弱堿性溶液，則可以用磁分離方法直接同收吸附劑。

兩種方法中配制鎳鐵混合溶液可以使用可溶性鎳鹽和鐵鹽包括氯化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳、醋酸鎳，硫酸亞鐵，硫酸鹽鐵銨，氯化亞鐵、硫酸亞鐵、硝酸亞鐵；也可以采用金屬鎳和金屬鐵，在酸性溶液中將其溶解制成混合溶液。使用的配位劑包括檸檬酸鈉、酒石酸鈉、葡萄糖、蔗糖、EDTA；使用的還原劑包括水合肼、硼氫化鈉、次磷酸鈉；表面活性劑包括聚乙二醇、十二烷基磺酸鈉。