一種用於去除廢水重金屬鉛吸附材料的製備方法與流程
2023-06-17 15:52:41 1
本發明公開了一種用於去除廢水重金屬鉛吸附材料的製備方法，涉及廢水處理技術領域。
背景技術：
含鉛是自然界分布很廣的元素，也是工業中常使用的元素之一，在工農業生產中都有非常廣泛的用途。如製造鉛蓄電池、顏料和油漆、玻璃和其他光學儀器、以及放射性輻射防護服等。鉛及其化合物是一種不可降解的環境汙染物，可通過廢水、廢氣、廢渣大量流入環境，通過食物鏈、土壤、水與空氣直接或間接地進入人體。會造成體內血鉛濃度升高，引起貧血、認知缺損、聽力減弱、維生素D代謝紊亂和腹部疼痛等問題。研究表明，鉛對機體的損傷呈多系統性、多器官性，能對神經、造血、消化、泌尿、生殖、心血管、內分泌、免疫等系統及生長發育造成不利影響。而且鉛毒性持久，半衰期長達10年，不易被人體排出，任何程度的鉛汙染都會對人體健康產生不利影響。
目前，處理廢水中重金屬鉛離子，工業上一般採用化學沉澱法、離子交換法、電解法、膜分離法、吸附法、新型介孔材料吸附法等。化學沉澱法設備簡單、操作方便、處理效果好，目前，對高濃度、大流量的含鉛廢水的處理應用較普遍，但對化學試劑的消耗量大、費用高、易造成二次汙染。離子交換法具有佔地面積小、管理方便、鉛離子脫除率高，而且處理得當可使再生液作為資源回收，不會對環境造成二次汙染，但是一次性投資大，運行費用高，樹脂易受汙染或氧化失效，再生頻繁，再生問題也存在一定的困難。電解法工藝成熟，具有去除率高，無二次汙染，所沉澱的重金屬可回收利用，對廢水水質變化適應性較強，反應時間短，但處理大量廢水時能耗大，電極金屬耗量大，處理廢水量少。膜分離法淨化了水質，又富集回收了重金屬，起到雙重功效，但由於技術難度大、處理成本高等，阻礙了該法的工業化。吸附法是一種比較有效的處理重金屬汙染的方法，該法有良好的處理效果，但其經濟運行成本高，難以大規模應用。因此尋找高效，低成本的吸附材料是當前吸附法處理重金屬汙染的一大技術難題。
技術實現要素：
本發明主要解決的技術問題：針對廢水中重金屬鉛難以去除，而傳統重金屬鉛吸附劑在製備和使用過程中，需要時用藥劑量大，所用藥劑可能對環境造成二次汙染，而且普通吸附材料對含鉛廢水中重金屬吸附能力差的問題，提供了一種利用天然有機物改性介孔吸附材料孔隙結構，微生物發酵固化介孔吸附材料比表面積、負載相應與重金屬鉛形成化學鍵的有機基團的吸附材料製備方法，本發明以硝酸鋁和硝酸鎂為基料，添加適量桐籽油改性的膨潤土，在鹼性環境中得以沉澱，通過高溫煅燒獲取介孔物質；再以介孔材料為承載體，廚房生活汙水為微生物源，檸檬酸為微生物有機營養液，持續厭氧發酵發黴，用雙氧水滅菌，固化具有相應功能基團的有機物在其表面，達到去除廢水中重金屬鉛的目的，本發明與其它吸附材料相比，具有明顯的專一吸附性，且吸附量大，去除率高，循環吸附8次以上其去除率沒有明顯下降，同時製備成本低，實現了資源的綜合利用。
為了解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是：
選取1～3kg成熟的桐籽，置於太陽下暴曬至桐籽裂開，隨後去殼，揀選出桐籽仁，將其洗淨後置於乾燥箱中烘乾1～2h，至桐籽仁含水量為5～7％，將處理過的桐籽仁放入粉碎機內粉碎，並過50～60目篩，得桐籽粉，將其置於榨油機中，在140～150℃下進行榨油，隨後出油，得到粗製桐籽油，經過濾，去除桐籽油中的雜質，得濾液，並將所得的濾液於溫度為25～30℃條件下，靜置沉澱7～9天，取上層清液，即得精製桐籽油；
按質量比1:10將膨潤土浸泡於上述所得精製桐油中16～22h，待膨潤土飽和後，過濾，得飽和桐油膨潤土，將飽和桐油膨潤土與去離子水按質量比1:10混合，置於超聲波振蕩儀中攪拌15～30min，再移入50～80℃恆溫震蕩床中超聲振蕩25～45min，得混合濁液；
（3）分別量取300～400mL質量分數3～7％硝酸鎂溶液和質量分數為3%～7%硝酸鋁溶液充分混合，得混合溶液，混合後按混合液與步驟（2）製備的混合濁液體積比為1:7，以200～400r/min攪拌均勻得到混合液；
在上述製備的混合液中不斷滴加 1.0～1.5mol/L氫氧化鈉溶液，並以400~600r/min攪拌直至沉澱完全，過濾，收集濾餅，並在烘箱中，溫度為105～110℃進行烘乾1～2h，得到乾燥物，將其移入煅燒爐中，在800～900℃下氮氣保護條件下，煅燒1～2h後，粉碎並過160～180目篩，得到過篩顆粒物；
（5）將質量比為1：9的過篩顆粒物與生活汙水浸泡在密封的厭氧培養罐中發酵1～2天，發酵溫度30～35℃，然後過濾，收集發酵物，在通風環境，相對溼度為85～90％下，自然發黴，在發黴過程中每隔1～2h用檸檬酸100～200mL不斷淋洗髮酵物；
（6）待上述顆粒物表面黴菌生長至12～15mm，用質量分數為10～20％的H2O2溶液滅菌，過濾，經乾燥、造粒，即得去除廢水重金屬鉛吸附材料。
本發明的應用方法：取3～5L含重金屬鉛的廢水，測定其重金屬鉛含量為100～200mg/L，在400～800r/min攪拌下加入3～5g本發明製得的去除廢水重金屬鉛吸附材料，再移入振蕩床振動10～15min，靜止20～30min，測定其廢水中重金屬鉛含量為0.5mg/L以下，去除率達到99％以上，循環吸附8次實驗，其去除率仍然在99％以上，反覆重複吸附直至吸附達到飽和，分別用0.5mol氫氧化鈉和質量分數為15％鹽酸洗滌後晾乾，在140～160℃烘箱中烘烤1～3h，即可再生，再生後對廢水中重金屬鉛去除率可達97％以上。
本發明的有益效果是：
（1）本發明具有明顯的專一吸附性，且吸附量大，去除率高；
（2）本發明可循環吸附，去除率沒有明顯下降；
（3）本發明製備成本低，實現了資源的綜合利用。
具體實施方式
選取1～3kg成熟的桐籽，置於太陽下暴曬至桐籽裂開，隨後去殼，揀選出桐籽仁，將其洗淨後置於乾燥箱中烘乾1～h，至桐籽仁含水量為5～7％，將處理過的桐籽仁放入粉碎機內粉碎，並過50～60目篩，得桐籽粉，將其置於榨油機中，在140～150℃下進行榨油，隨後出油，得到粗製桐籽油，經過濾，去除桐籽油中的雜質，得濾液，並將所得的濾液於溫度為25～30℃條件下，靜置沉澱7～9天，取上層清液，即得精製桐籽油，按質量比1:10將膨潤土浸泡於上述所得精製桐油中16～22h，待膨潤土飽和後，過濾，得飽和桐油膨潤土，將飽和桐油膨潤土與去離子水按質量比1:10混合，置於超聲波振蕩儀中攪拌15～30min，再移入50～80℃恆溫震蕩床中超聲振蕩25～45min，得混合濁液，分別量取300～400mL質量分數3～7％硝酸鎂溶液和質量分數為3～7%硝酸鋁溶液充分混合，得混合溶液，混合後按混合液與製備的混合濁液體積比為1:7，以200～400r/min攪拌均勻得到混合液，在上述製備的混合液中不斷滴加 1.0～1.5mol/L氫氧化鈉溶液，並以400~600r/min攪拌直至沉澱完全，過濾，收集濾餅，並在烘箱中，溫度為105～110℃進行烘乾1～2h，得到乾燥物，將其移入煅燒爐中，在800～900℃下氮氣保護條件下，煅燒1～2h後，粉碎並過160～180目篩，得到過篩顆粒物，將質量比為1：9的過篩顆粒物與生活汙水浸泡在密封的厭氧培養罐中發酵1～2天，發酵溫度30～35℃，然後過濾，收集發酵物，將質量比為1：9的過篩顆粒物與生活汙水浸泡在密封的厭氧培養罐中發酵1～2天，發酵溫度30～35℃，然後過濾，收集發酵物，在通風環境，相對溼度為85～90％下，自然發黴，在發黴過程中每隔1～2h用檸檬酸100～200mL不斷淋洗髮酵物，待上述顆粒物表面黴菌生長至12～15mm，用質量分數為10～20％的H2O2溶液滅菌，過濾，經乾燥、造粒，即得去除廢水重金屬鉛吸附材料。
實例1
選取1kg成熟的桐籽，置於太陽下暴曬至桐籽裂開，隨後去殼，揀選出桐籽仁，將其洗淨後置於乾燥箱中烘乾1h，至桐籽仁含水量為5％，將處理過的桐籽仁放入粉碎機內粉碎，並過50目篩，得桐籽粉，將其置於榨油機中，在140℃下進行榨油，隨後出油，得到粗製桐籽油，經過濾，去除桐籽油中的雜質，得濾液，並將所得的濾液於溫度為25℃條件下，靜置沉澱7天，取上層清液，即得精製桐籽油，按質量比1:10將膨潤土浸泡於上述所得精製桐油中16h，待膨潤土飽和後，過濾，得飽和桐油膨潤土，將飽和桐油膨潤土與去離子水按質量比1:10混合，置於超聲波振蕩儀中攪拌15min，再移入50℃恆溫震蕩床中超聲振蕩25min，得混合濁液，分別量取300mL質量分數3％硝酸鎂溶液和質量分數為3%%硝酸鋁溶液充分混合，得混合溶液，混合後按混合液與製備的混合濁液體積比為1:7，以200r/min攪拌均勻得到混合液，在上述製備的混合液中不斷滴加 1.0～1.5mol/L氫氧化鈉溶液，並以400r/min攪拌直至沉澱完全，過濾，收集濾餅，並在烘箱中，溫度為105℃進行烘乾1h，得到乾燥物，將其移入煅燒爐中，在800～900℃下氮氣保護條件下，煅燒1h後，粉碎並過160目篩，得到過篩顆粒物，將質量比為1：9的過篩顆粒物與生活汙水浸泡在密封的厭氧培養罐中發酵1天，發酵溫度30℃，然後過濾，收集發酵物，將質量比為1：9的過篩顆粒物與生活汙水浸泡在密封的厭氧培養罐中發酵1天，發酵溫度30℃，然後過濾，收集發酵物，在通風環境，相對溼度為85％下，自然發黴，在發黴過程中每隔1h用檸檬酸100mL不斷淋洗髮酵物，待上述顆粒物表面黴菌生長至12mm，用質量分數為10％的H2O2溶液滅菌，過濾，經乾燥、造粒，即得去除廢水重金屬鉛吸附材料。
取3L含重金屬鉛的廢水，測定其重金屬鉛含量為100mg/L，在400r/min攪拌下加入3g本發明製得的去除廢水重金屬鉛吸附材料，再移入振蕩床振動10min，靜止20min，測定其廢水中重金屬鉛含量為0.4mg/L，去除率達到99.6％，循環吸附8次實驗，其去除率仍然在99％以上，反覆重複吸附直至吸附達到飽和，分別用0.5mol氫氧化鈉和質量分數為15％鹽酸洗滌後晾乾，在140°C烘箱中烘烤1h，即可再生，再生後對廢水中重金屬鉛去除率可達97％以上。
實例2
選取2kg成熟的桐籽，置於太陽下暴曬至桐籽裂開，隨後去殼，揀選出桐籽仁，將其洗淨後置於乾燥箱中烘乾1.5h，至桐籽仁含水量為6％，將處理過的桐籽仁放入粉碎機內粉碎，並過55目篩，得桐籽粉，將其置於榨油機中，在145℃下進行榨油，隨後出油，得到粗製桐籽油，經過濾，去除桐籽油中的雜質，得濾液，並將所得的濾液於溫度為27℃條件下，靜置沉澱8天，取上層清液，即得精製桐籽油，按質量比1:10將膨潤土浸泡於上述所得精製桐油中19h，待膨潤土飽和後，過濾，得飽和桐油膨潤土，將飽和桐油膨潤土與去離子水按質量比1:10混合，置於超聲波振蕩儀中攪拌22min，再移入65℃恆溫震蕩床中超聲振蕩35min，得混合濁液，分別量取350mL質量分數5％硝酸鎂溶液和質量分數為5%硝酸鋁溶液充分混合，得混合溶液，混合後按混合液與製備的混合濁液體積比為1:7，以300r/min攪拌均勻得到混合液，在上述製備的混合液中不斷滴加 1.2mol/L氫氧化鈉溶液，並以500r/min攪拌直至沉澱完全，過濾，收集濾餅，並在烘箱中，溫度為107℃進行烘乾1.5h，得到乾燥物，將其移入煅燒爐中，在850℃下氮氣保護條件下，煅燒1.5h後，粉碎並過170目篩，得到過篩顆粒物，將質量比為1：9的過篩顆粒物與生活汙水浸泡在密封的厭氧培養罐中發酵1.5天，發酵溫度302℃，然後過濾，收集發酵物，將質量比為1：9的過篩顆粒物與生活汙水浸泡在密封的厭氧培養罐中發酵1.5天，發酵溫度32℃，然後過濾，收集發酵物，在通風環境，相對溼度為87％下，自然發黴，在發黴過程中每隔1.5h用檸檬酸150mL不斷淋洗髮酵物，待上述顆粒物表面黴菌生長至13mm，用質量分數為15％的H2O2溶液滅菌，過濾，經乾燥、造粒，即得去除廢水重金屬鉛吸附材料。
取4L含重金屬鉛的廢水，測定其重金屬鉛含量為150mg/L，在600r/min攪拌下加入4g本發明製得的去除廢水重金屬鉛吸附材料，再移入振蕩床振動13min，靜止25min，測定其廢水中重金屬鉛含量為0.3mg/L，去除率達到99.8％，循環吸附8次實驗，其去除率仍然在99％以上，反覆重複吸附直至吸附達到飽和，分別用0.5mol氫氧化鈉和質量分數為15％鹽酸洗滌後晾乾，在150°C烘箱中烘烤2h，即可再生，再生後對廢水中重金屬鉛去除率可達97％以上。
實例3
選取3kg成熟的桐籽，置於太陽下暴曬至桐籽裂開，隨後去殼，揀選出桐籽仁，將其洗淨後置於乾燥箱中烘乾2h，至桐籽仁含水量為7％，將處理過的桐籽仁放入粉碎機內粉碎，並過60目篩，得桐籽粉，將其置於榨油機中，在150℃下進行榨油，隨後出油，得到粗製桐籽油，經過濾，去除桐籽油中的雜質，得濾液，並將所得的濾液於溫度為30℃條件下，靜置沉澱9天，取上層清液，即得精製桐籽油，按質量比1:10將膨潤土浸泡於上述所得精製桐油中22h，待膨潤土飽和後，過濾，得飽和桐油膨潤土，將飽和桐油膨潤土與去離子水按質量比1:10混合，置於超聲波振蕩儀中攪拌30min，再移入80℃恆溫震蕩床中超聲振蕩45min，得混合濁液，分別量取400mL質量分數7％硝酸鎂溶液和質量分數為7%硝酸鋁溶液充分混合，得混合溶液，混合後按混合液與製備的混合濁液體積比為1:7，以400r/min攪拌均勻得到混合液，在上述製備的混合液中不斷滴加1.5mol/L氫氧化鈉溶液，並以600r/min攪拌直至沉澱完全，過濾，收集濾餅，並在烘箱中，溫度為110℃進行烘乾2h，得到乾燥物，將其移入煅燒爐中，在900℃下氮氣保護條件下，煅燒2h後，粉碎並過180目篩，得到過篩顆粒物，將質量比為1：9的過篩顆粒物與生活汙水浸泡在密封的厭氧培養罐中發酵2天，發酵溫度35℃，然後過濾，收集發酵物，將質量比為1：9的過篩顆粒物與生活汙水浸泡在密封的厭氧培養罐中發酵2天，發酵溫度35℃，然後過濾，收集發酵物，在通風環境，相對溼度為90％下，自然發黴，在發黴過程中每隔1～2h用檸檬酸200mL不斷淋洗髮酵物，待上述顆粒物表面黴菌生長至15mm，用質量分數為20％的H2O2溶液滅菌，過濾，經乾燥、造粒，即得去除廢水重金屬鉛吸附材料。
取5L含重金屬鉛的廢水，測定其重金屬鉛含量為200mg/L，在800r/min攪拌下加入5g本發明製得的去除廢水重金屬鉛吸附材料，再移入振蕩床振動15min，靜止30min，測定其廢水中重金屬鉛含量為0.2mg/L，去除率達到99.9％，循環吸附8次實驗，其去除率仍然在99％以上，反覆重複吸附直至吸附達到飽和，分別用0.5mol氫氧化鈉和質量分數為15％鹽酸洗滌後晾乾，在170℃烘箱中烘烤3h，即可再生，再生後對廢水中重金屬鉛去除率可達97％以上。