一種從水體中提取重金屬離子的方法
2023-06-04 05:27:41 1
專利名稱：一種從水體中提取重金屬離子的方法
一種從水體中提取重金屬離子的方法技術領域
本發明屬於水處理技術領域，具體為一種利用可移動纖維結構吸附材料提取水體中的重金屬離子的方法。
背景技術：
水體中的重金屬離子汙染嚴重影響環境安全，威脅人類健康，降低水體中重金屬離子濃度的方法可以分為兩類
一類是通過水利工程的方法，進行水量調度，向受汙染水體中調入良好水質的進流，從而可以稀釋現有水體，降低水體中的重金屬離子濃度。但是，這種方案需要建設大規模輸水管渠進行引水，還有一系列的土地佔用問題，成本很高；在調度過程中，還有防洪和水體滲漏對下遊產生汙染等可能出現的問題；而且，也不能真正除去水體中有害的重金屬1 子。
另一類是通過混凝法、離子交換法、吸附法和反滲透法等方法，將重金屬離子從水體中分離出來，從而能夠真正去除水中的重金屬離子。混凝法一般適用於重金屬離子濃度較高的工業廢水，會產生大量的含有害重金屬離子的廢渣難以處理，長期堆積會對環境造成二次汙染。離子交換法和反滲透法成本高，能耗大，操作複雜，對於進水有較高要求，也不適宜大規模的水體處理。吸附法通過使用以具有高比表面積、不溶性的固體材料作吸附劑， 通過物理吸附作用、化學吸附作用或離子交換作用將水體中的重金屬離子固定在自身的表面上，從而將其從水中分離出來。吸附法是簡單易行的一種處理方法，適宜處理大量含較低重金屬離子濃度水體。目前，吸附法中最常用的是固定床式吸附反應器。但是，固定床式反應器需要通過水泵將待處理水體引入反應器，在進行大規模水體處理時由於水體的體量巨大，「運水」的能源消耗巨大，從而大大增加其處理成本，不適應處理大規模水體要求。發明內容
本發明的目的在於提供一種利用可移動纖維結構吸附材料從水體中提取重金屬離子的方法，解決現有技術處理方式中耗費在「運水」上的能源消耗巨大、處理成本很高等問題，特別適用於對大規模水體或者水體中重金屬離子含量超低的情況。
本發明的技術方案是
—種從水體中提取重金屬離子的方法，利用可移動的纖維結構吸附材料吸附提取水中重金屬離子。
所述纖維結構吸附材料為用於吸附水中重金屬離子的吸附材料。
所述可移動纖維結構採用能夠承受與水體的相對運動衝擊的網狀結構。
所述的從水體中提取重金屬離子的方法，在水體表面搭建可移動平臺或拉設橫跨水體的拉線，將裝有纖維結構吸附材料的網狀結構懸掛在可移動平臺或拉線下；使用具有動力的平臺，採用拖拽的方式，讓材料在水體中運動；或依靠水體波浪作為動力，使材料與水體中的重金屬離子有效地接觸，從而從水體中提取重金屬離子。
所述的從水體中提取重金屬離子的方法，該方法採用纖維結構吸附材料、電控箱、 電機減速機、可移動平臺組成的實施結構，水體頂部設置可沿水體移動的可移動平臺，可移動平臺上設置用於驅動可移動平臺的電機減速機，電機減速機與電控箱相連，纖維結構吸附材料置於兩個不鏽鋼網之間的夾層中，使纖維結構吸附材料能夠承受與水體的相對運動衝擊，不鏽鋼網分別鑲於邊框中，兩個不鏽鋼網的下端樞接，不鏽鋼網通過掛鈎掛在可移動平臺上。
所述的從水體中提取重金屬離子的方法，按每IL砷溶液使用0. 1-0. 2g纖維結構吸附材料，將纖維結構吸附材料裁成片，將材料分別放入不鏽鋼網狀結構中，將網狀結構懸掛在可移動平臺下，浸入砷溶液中；通過電控箱啟動可移動平臺，讓材料在水中往復運動， 經20-30小時處理後，水中砷濃度低於50ppb。
所述的從水體中提取重金屬離子的方法，該方法採用纖維結構吸附材料、人工製造水波浪、拉線組成的實施結構，水體上橫跨設置拉線，纖維結構吸附材料置於兩個不鏽鋼網之間的夾層中，使纖維結構吸附材料能夠承受與水體的相對運動衝擊，不鏽鋼網分別鑲於邊框中，兩個不鏽鋼網的下端樞接，不鏽鋼網通過掛鈎掛在拉線上，通過人工製造波浪系統在水體中形成人工製造水波浪。
所述的從水體中提取重金屬離子的方法，按每IL砷溶液使用0. 1-0. 2g纖維結構吸附材料，將纖維結構吸附材料裁成片，將材料分別放入不鏽鋼網狀結構中，將網狀結構懸掛在橫跨水體的拉線下，浸入砷溶液中，開啟人工製造波浪系統；經20-50小時處理後水中砷濃度低於50ppb。
本發明的優點在於
1、傳統的去除重金屬離子方法通常需要建設水處理廠，使用水泵將水引入廠內， 進行一系列預處理之後，使用多種除重金屬離子方法除去水中的汙染。建設水處理廠要佔用大量土地，並且水廠的基礎建設、運行、管理、維護都需要大量的資金投入。對於水量巨大的大規模水體(例如湖泊)，這種現有處理方式中耗費在「運水」上的能源消耗巨大，處理成本很高。因此，對於大規模水體的處理，必須研究新的成本較低的新型處理技術。本發明所使用的纖維結構吸附材料具有適當強度，能夠承受與水體的相對運動衝擊，其水質適應強， 不溶於水，不會對水體造成二次汙染，回收簡單。通過將此纖維結構吸附材料直接放入大規模水體中，通過外加動力拖拽或者利用水體自身的波浪做為動力，使材料與水體中的重金屬離子有較好接觸，從而通過吸附將水體中的重金屬離子提取出來。本方法變「運水」為「移動材料」，大大節約了能耗，簡化了處理過程，從而降低處理成本和處理時間。
2、本發明在水體表面搭建可移動平臺或拉設橫跨水體的拉線，將裝有纖維結構吸附材料的網狀結構懸掛在可移動平臺或拉線下。可以使用具有動力的平臺，採用拖拽的方式，讓材料在水體中運動(方法一)；或依靠水體波浪作為動力(方法二)，使材料與水體中的重金屬離子有較好接觸，從而達到吸附提取的目的。
3、本明不需要運送水量巨大的超大水體，只需要移動吸附材料，水處理能耗大大降低；所用吸附材料為多緯纖維結構，含重金屬離子水體淨化後，即可將材料與水分離，不需要靜置等待，材料回收、更換容易，操作簡單；其水質適應強，不溶於水，處理前後不需要對處理的水體進行預處理和PH調節，不會對水體造成二次汙染。本發明是一種普適的提取水體中重金屬離子的技術，特別適宜於處理大規模水體或者水體中重金屬離子含量超低的情況。從水體中提取出來的重金屬離子經過適當脫附過程，還可以進行回收再利用。
圖1為本發明方法一模擬實施示意圖。
圖2為本發明方法二模擬實施示意圖。
圖3(a)_(b)為模擬實施所用網狀結構示意圖。其中，圖3(a)為主視圖；圖3(b) 為側視圖。
圖4為實施例1中三價砷離子濃度隨處理時間變化圖。
圖5為實施例1中五價砷離子濃度隨處理時間變化圖。
圖6為實施例2中砷離子濃度隨處理時間變化圖。
圖中，1水槽；2纖維結構吸附材料；3電控箱；4電機減速機；5可移動平臺；6人工製造水波浪；7邊框；8掛鈎；9不鏽鋼網；10拉線。
具體實施方式
以超大水體除砷為例，砷及砷化合物是諸多權威機構所公認的已確定的人類致癌物。在水體中，砷一般以三價、五價砷離子或者有機砷存在。其中，三價砷的毒性最高，且不容易除去。因此，現有的處理方式是多級處理，先進行預處理將三價砷離子氧化為五價砷離子，同時調節水體的PH值從自然水體的接近中性到弱酸性(pH值約等於5)以利於吸附，才能比較有效除去。在處理結束後，需要將水體的PH值再次調節到接近中性。這種多級處理方式不僅增加了處理成本與大量添加化學藥品所帶來的生態風險，而且難以應用於受砷汙染的超大水體的處理。通過開發出在中性水環境下對三價與五價砷均有極佳吸附效果的可移動纖維結構吸附材料，不需要對自然水體進行預氧化及處理前後調節水體PH值，通過移動材料即可將水中的砷汙染除去，除砷效果明顯，速度快，節約能源，總體成本低，無二次汙染，適於處理超大水體砷汙染。
如圖1、3所示，方法一模擬實施結構包括水槽1、纖維結構吸附材料2、電控箱3、 電機減速機4、可移動平臺5等，水槽1頂部設置可沿水槽移動的可移動平臺5，可移動平臺 5上設置用於驅動可移動平臺5的電機減速機4，電機減速機4與電控箱3相連。採用網狀結構裝載纖維結構吸附材料，所述裝載纖維結構吸附材料2的網狀結構應具有一定強度， 透水性強，作用是固定、保護材料，方便材料的回收。本實施例中，纖維結構吸附材料2置於兩個不鏽鋼網9之間的夾層中，使纖維結構吸附材料2能夠承受與水體的相對運動衝擊，不鏽鋼網9分別鑲於邊框7中，兩個不鏽鋼網9的下端樞接，不鏽鋼網9通過掛鈎8掛在可移動平臺5上。
如圖2、3所示，方法二模擬實施結構包括水槽1、纖維結構吸附材料2、人工製造水波浪6、不鏽鋼拉線10等，水槽1上橫跨設置不鏽鋼拉線10。採用網狀結構裝載纖維結構吸附材料，所述裝載纖維結構吸附材料2的網狀結構應具有一定強度，透水性強，作用是固定、保護材料，方便材料的回收。本實施例中，纖維結構吸附材料2置於兩個不鏽鋼網9 之間的夾層中，使纖維結構吸附材料2能夠承受與水體的相對運動衝擊，不鏽鋼網9分別鑲於邊框7中，兩個不鏽鋼網9的下端樞接，不鏽鋼網9通過掛鈎8掛在不鏽鋼拉線10上，通過人工製造波浪系統在水槽1中形成人工製造水波浪6。
實施例1
取除氯自來水680L，添加亞砷酸鈉配製成實驗用水樣，三價砷離子濃度約 lOOppb，按每IL砷溶液使用0. 15g纖維結構氧化鐵吸附材料的比例，使用纖維結構氧化鐵吸附材料量為100g。將IOOg纖維結構氧化鐵吸附材料裁成250X 250mm的方片數張，將材料分別放入2個不鏽鋼網框中，將網框懸掛在可移動平臺下，浸入砷溶液中。通過電控箱啟動可移動平臺，讓材料在水中往復運動。經M小時處理後水中砷濃度為^ppb，出水低於國家排放標準(三類水)的50ppb (處理效果見附圖4)。
實施例2:
取除氯自來水680L，添加五水合砷酸氫二鈉配製成實驗用水樣，五價砷離子濃度約為115ppb，按每IL砷溶液使用0. 15g纖維結構氧化鐵吸附材料的比例，使用材料量為 IOOgo將IOOg纖維結構氧化鐵吸附材料裁成250 X 250mm的方片數張，將材料分別放入2個不鏽鋼網框中，將網框懸掛在可移動平臺下，浸入砷溶液中。通過電控箱啟動可移動平臺， 讓材料在水中往復運動。經M小時處理後水中砷濃度約為35ppb，出水低於國家排放標準 (三類水)的50ppb (處理效果見附圖5)。
實施例3
取除氯自來水5000L，添加亞砷酸鈉和五水合砷酸氫二鈉，並根據自然水體陽宗海湖水水質分析結果加入一定量的磷酸氫根、硫酸根、硝酸根、氟離子、鐵離子、鎂離子、鈣離子、鈉離子等幹擾離子配製成實驗用水樣，以模擬自然水體含有多種陰陽離子的情況。其中，五價砷離子濃度約為75ppb，三價砷離子濃度約為30ppb。使用纖維結構氧化鐵吸附材料量775g，將775g纖維結構氧化鐵吸附材料裁成500 X 500mm的方片數張，將材料分別放入 9個網狀結構內，將網狀結構懸掛在橫跨水槽的不鏽鋼拉線下，浸入砷溶液中，開啟人工製造波浪系統。經48小時處理後水中砷濃度約為37ppb，出水低於國家排放標準(三類水) 的50ppb (處理效果見附圖6)。
實施例結果表明，本發明利用可移動纖維結構吸附材料吸附提取水體中的重金屬離子。在水體表面搭建可移動平臺或拉設橫跨水體的拉線，將裝有纖維結構吸附材料的網狀結構懸掛在可移動平臺或拉線下，可以使用具有動力的平臺，採用拖拽的方式，讓材料在水體中運動；或依靠水體波浪作為動力，使材料與水體中的重金屬離子有較好接觸，從而從水體中提取重金屬離子。本發明的方法簡單，無二次汙染，處理成本低，節約能源，除重金屬離子效果顯著，特別適用於對大規模水體(百萬噸級及以上)，或者水體中重金屬離子含量超低(PPm量級)的水體的重金屬離子提取問題。
權利要求
1.一種從水體中提取重金屬離子的方法，其特徵在於利用可移動的纖維結構吸附材料吸附提取水中重金屬離子。
2.根據權利要求1所述的從水體中提取重金屬離子的方法，其特徵在於所述纖維結構吸附材料為用於吸附水中重金屬離子的吸附材料。
3.根據權利要求1所述的從水體中提取重金屬離子的方法，其特徵在於所述可移動纖維結構採用能夠承受與水體的相對運動衝擊的網狀結構。
4.根據權利要求1所述的從水體中提取重金屬離子的方法，其特徵在於在水體表面搭建可移動平臺或拉設橫跨水體的拉線，將裝有纖維結構吸附材料的網狀結構懸掛在可移動平臺或拉線下；使用具有動力的平臺，採用拖拽的方式，讓材料在水體中運動；或依靠水體波浪作為動力，使材料與水體中的重金屬離子有效地接觸，從而從水體中提取重金屬離子。
5.根據權利要求1所述的從水體中提取重金屬離子的方法，其特徵在於該方法採用纖維結構吸附材料、電控箱、電機減速機、可移動平臺組成的實施結構，水體頂部設置可沿水體移動的可移動平臺，可移動平臺上設置用於驅動可移動平臺的電機減速機，電機減速機與電控箱相連，纖維結構吸附材料置於兩個不鏽鋼網之間的夾層中，使纖維結構吸附材料能夠承受與水體的相對運動衝擊，不鏽鋼網分別鑲於邊框中，兩個不鏽鋼網的下端樞接， 不鏽鋼網通過掛鈎掛在可移動平臺上。
6.根據權利要求5所述的從水體中提取重金屬離子的方法，其特徵在於按每IL砷溶液使用0. 1-0. 2g纖維結構吸附材料，將纖維結構吸附材料裁成片，將材料分別放入不鏽鋼網狀結構中，將網狀結構懸掛在可移動平臺下，浸入砷溶液中；通過電控箱啟動可移動平臺，讓材料在水中往復運動，經20-30小時處理後，水中砷濃度低於50ppb。
7.根據權利要求1所述的從水體中提取重金屬離子的方法，其特徵在於該方法採用纖維結構吸附材料、人工製造水波浪、拉線組成的實施結構，水體上橫跨設置拉線，纖維結構吸附材料置於兩個不鏽鋼網之間的夾層中，使纖維結構吸附材料能夠承受與水體的相對運動衝擊，不鏽鋼網分別鑲於邊框中，兩個不鏽鋼網的下端樞接，不鏽鋼網通過掛鈎掛在拉線上，通過人工製造波浪系統在水體中形成人工製造水波浪。
8.根據權利要求7所述的從水體中提取重金屬離子的方法，其特徵在於按每IL砷溶液使用0. 1-0. 2g纖維結構吸附材料，將纖維結構吸附材料裁成片，將材料分別放入不鏽鋼網狀結構中，將網狀結構懸掛在橫跨水體的拉線下，浸入砷溶液中，開啟人工製造波浪系統；經20-50小時處理後水中砷濃度低於50ppb。
全文摘要
本發明屬於水處理技術領域，具體為一種利用可移動纖維結構吸附材料提取水體中的重金屬離子的方法，解決現有技術處理方式中耗費在「運水」上的能源消耗巨大、處理成本很高等問題。在水體表面搭建可移動平臺或拉設橫跨水體的拉線，將裝有纖維結構吸附材料的網狀結構懸掛在可移動平臺或拉線下，使用具有動力的平臺，採用拖拽的方式，讓材料在水體中運動；或依靠水體波浪作為動力，使材料與水體中的重金屬離子有較好接觸，從而從水體中提取重金屬離子。本發明方法簡單，無二次汙染，處理成本低，節約能源，除重金屬離子效果顯著，特別適用於對大規模水體(百萬噸級及以上)或者水體中重金屬離子含量超低(ppm量級)水體的重金屬離子提取問題。
文檔編號B01J20/28GK102502910SQ201110341740
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月2日 優先權日2011年11月2日
發明者尚建庫, 崔學順, 李琦, 陳文濤, 馬聰, 高世安 申請人:中國科學院金屬研究所