[發明專利]一種去除廢水中重金屬離子的專用裝置及方法

有效

• 申請號: 201310464419.8
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103523969A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 李國華;任曉青
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C02F9/06
• 分類號: C02F9/06;B01J20/12;C02F1/66;C02F1/28;C02F1/70;C02F101/20
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;王兵

（一）技術領域

本發明涉及廢水中重金屬離子回收的方法，特別涉及一種去除廢水中重金屬離子的專用裝置及回收重金屬離子、葉臘石、改性葉臘石循環利用的方法。

（二）背景技術

隨著我國工業化和城市化進程的高速發展，重金屬廢水的大量排放使得水源、土壤中的重金屬污染變得更加尖銳，加強水污染防治工作已刻不容緩。含重金屬離子的工業廢水主要來自采礦、電鍍、機械加工、金屬冶煉及部分化工行業。廢水中通常含有Pb、Cu、Cr、Hg、Cd、As、Zn、Co、Ni、Sn、V等。這些污染成分不同于有機污染物，當其排放到環境中后，不能降解成無害的高端產品，只能改變存在形態或被轉移稀釋，有些重金屬離子甚至通過食物鏈、呼吸或是直接接觸的路徑而在生物體內富集，對生物和人體健康構成威脅，嚴重時甚至引起基因突變或誘發癌癥。

為保障公眾健康，合理、有效的去除水及廢水中的重金屬成為人類共同關注的重要問題。多年來，人們探索了多種去除重金屬的方法，其中包括化學法，離子樹脂交換法，電解法，反滲透法，電滲析法，蒸發濃縮法，生物法，吸附法等。化學沉淀法需要的離子濃度較高；離子樹脂交換法雖然具有處理量大，出水水質好，重金屬可回收利用的優點，但樹脂易受污染或氧化而失效，再生頻繁，操作費用高；電解法、反滲透法和電滲析法在重金屬廢水處理中雖占地面積小、技術可靠又不產生二次污染，但對重金屬離子濃度有一定限度，膜過于昂貴、分離效率隨時間衰減且易破碎，需定期更換，而且不能完全除去某些微粒；生物法適合連續生產，每次生產需培養新的菌種，成本較高，多余菌需滅菌后才能向環境中排放；而吸附法由于操作簡單、成本低、可再生、對離子濃度無要求等優點，成為一種倍受關注的重金屬廢水處理方法。

目前使用的吸附劑種類很多，最常見的是活性炭。活性炭無選擇性，可同時吸附多種重金屬離子，吸附容量大，但其成本高，使用壽命短，循環利用和操作費用高。因此，使用來源廣、價格低廉、吸附性能高及無二次污染的粘土礦物吸附劑已經成為一種研究趨勢。這些粘土礦物主要有沸石、膨潤土、蒙脫石、高嶺石、葉蠟石等。

葉臘石是一類鋁硅酸鹽礦物，價格低廉、來源豐富、易于加工。天然葉臘石由于具有熱穩定性，非膨脹性，耐酸堿腐蝕性且有電負性、離子交換能力和對有機和無機離子的吸附性等優良特性，是最有前途的重金屬吸附材料。

葉蠟石是由鋁氧八面體和硅氧四面體組成的2:1層狀結構的聚合物。在研磨制取葉蠟石粉時，由于層與層之間容易解離而產生一些表面，而其它表面（邊緣）的形成是由于離子和共價鍵的斷裂。因此，在水溶液中片的表面是疏水性的，可以充當中性吸附點來吸附非極性有機分子。而一些斷裂面由于四面體或八面體層中發生的替換，如Al³⁺替代Si⁴⁺或Mg²⁺，Fe²⁺和Ti²⁺替代Al³⁺形成帶負電的位點；其他斷裂面由于離子和共價鍵斷裂產生的親水基團，使葉臘石的邊緣部位產生三種類型的邊緣結合點：四面體的Si-OH，八面體A1-OH和四面體八面體的過渡位點Si-O-AI，由于在pH=4.5-9時四面體的Si-OH的位點是不帶電的，而顆粒邊緣處的八面體的配位鍵AI-OH是帶負電荷的，這些帶負電荷的結合位點可從水溶液中吸附重金屬陽離子。

為提高重金屬廢水處理效率、加快透水性，可在葉臘石中加入還原鐵粉，起到還原、微電極、微攪拌、透水作用，加快葉臘石吸附效果，以提高重金屬去除率；也可對葉臘石進行表面有機改性。通過粘土表面的羥基基團，在粘土表面上接枝有機基團，使粘土的表面帶有氨基集團，與重金屬形成絡合物，從而去除重金屬。本發明采用的是將還原鐵粉與葉臘石原礦直接混合填入第一個填充腔，將N-2（氨乙基）3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷偶聯劑（（CH₃O)₂CH₃SiC₃H₆NHC₂H₄NH₂）（該偶聯劑對水無危害）改性的葉臘石填入第二個填充腔，將磁鐵礦濾料填入第三個填充腔，徹底清除廢水中的重金屬離子。