申請日2014.11.05
公開(公告)日2015.01.28
IPC分類號B01J20/20; C02F1/62; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本發明屬于工業廢水控制領域一種用于廢水脫鉛的鎳改性活性炭吸附劑的制備方法，技術方案：步驟：將商品化顆粒狀活性炭浸泡，干燥，粉碎后過100～300目篩備用;配制濃度為5～8mol/L的硝酸溶液，混勻靜置澄清;將活性炭浸漬到硝酸溶液中，得活化的活性炭。將活化的活性炭投入鎳離子溶液中，鎳離子溶液與活化后的活性炭按照體積質量比0.5～5mL/1g進行混合攪拌均勻，鎳離子溶液的濃度為2～20mg/L，得鎳改性活性炭吸附劑。有益效果：通過改變原始活性炭的孔結構特征和表面官能團的種類和分布，提高其吸附脫除廢水中重金屬鉛的能力;制備方法簡單、操作方便且條件溫和、成本低廉，脫鉛能力得到提高。
權利要求書
1. 一種用于廢水脫鉛的鎳改性活性炭吸附劑的制備方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：
(1)將商品化顆粒狀活性炭浸泡，干燥，粉碎后過100～300目篩備用;
(2)配制濃度為5～8 mol/L的硝酸溶液，混勻靜置澄清;
(3)將步驟(1)所述的活性炭浸漬到步驟(2)所述的硝酸溶液中，活性炭與硝酸溶液的體積比為1：2～1：5，超聲振蕩0.5～4 h，超聲溫度為 25～100 ℃，超聲頻率為80KHz;超聲功率為100～300 W，浸泡12～18 h，蒸餾水反復沖洗至中性，80～120 ℃烘箱中干燥至恒重，得活化的活性炭;
(4)將活化的活性炭投入鎳離子溶液中，鎳離子溶液與活化后的活性炭按照體積質量比0.5～5 mL/1g進行混合攪拌均勻，鎳離子溶液為NiCl2溶液、Ni(NO3)2溶液或NiSO4溶液，鎳離子溶液的濃度為2～20 mg/L，超聲振蕩2h，浸泡12～18 h，80～120 ℃烘箱中干燥至恒重，在馬弗爐中200～500 oC下焙燒1～5 h，得鎳改性活性炭吸附劑。
說明書
用于廢水脫鉛的鎳改性活性炭吸附劑的制備方法
技術領域
本發明屬于工業廢水控制領域，主要涉及一種應用于冶煉、涂料、五金等工業廢水脫鉛技術中吸附脫除廢水中重金屬鉛離子的方法，具體涉及一種用于廢水脫鉛的鎳改性活性炭吸附劑的制備方法。
背景技術
近年來，隨著采礦、金屬冶煉、燃煤和含鉛汽油的使用等人類活動的加劇，大量的重金屬鉛離子被排入環境中，造成人類生存環境和農業生態環境急劇惡化;研究表明，血鉛超過3.86 μmol/L時可出現明顯鉛中毒現象，并將血鉛的診斷值定在2.9 μmol/L;因此，富集和分離痕量鉛是分析和處理鉛中毒不可缺少的環節;依據2005年12月29日頒布的<生活飲用水衛生標準>(GB5749-2006)，我國的生活飲用水鉛含量標準也改為0.01mg/L;此新標準的提出，使現有的水處理設施在除鉛方面面臨著很大的挑戰。
活性炭具有發達的孔隙結構和巨大的比表面積，同時表面的活性基團對于性質相反的物質具有較強的吸附作用，可用作吸附劑、催化劑和催化劑載體;雖然國內外學者在活性炭改性技術方面做了長期并大量的研究工作，但以往制備的活性炭主要是通過活性炭表面負載改性來提高除鉛效果;目前，浸漬活性炭的制備方法公開的專利有CN1765489、CN1830542、CN103721675等，而負載改性活性炭面臨的負載離子易擴散到水溶液中，其穩定性差且吸附容量小，以及產業化困難等問題并未得到有效解決;因此，如何克服現有活性炭在除鉛方面的不足，改善活性炭對水中低濃度鉛離子的選擇吸附性能差和抗干擾性較弱等問題，制備出一種經濟、操作簡便的吸附劑具有較大的現實意義。
發明內容
本發明是要解決現有商品顆粒狀活性炭對鉛的吸附能力差，負載改性活性炭存在穩定性差和吸附容量小的問題，而提供一種用于廢水脫鉛的鎳改性活性炭吸附劑的制備方法。
技術方案：所述方法包括以下步驟：
(1)將商品化顆粒狀活性炭浸泡，干燥，粉碎后過100～300目篩備用;
(2)配制濃度為5～8 mol/L的硝酸溶液，混勻靜置澄清;
(3)將步驟(1)所述的活性炭浸漬到步驟(2)所述的硝酸溶液中，活性炭與硝酸溶液的體積比為1：2～1：5，超聲振蕩0.5～4 h，超聲溫度為 25～100 ℃，超聲頻率為80KHz;超聲功率為100～300 W，浸泡12～18 h，蒸餾水反復沖洗至中性，80～120 ℃烘箱中干燥至恒重，得活化的活性炭。
(4)將活化的活性炭投入鎳離子溶液中，鎳離子溶液與活化后的活性炭按照體積質量比0.5～5 mL/1g進行混合攪拌均勻，鎳離子溶液為NiCl2溶液、Ni(NO3)2溶液或NiSO4溶液，鎳離子溶液的濃度為2～20 mg/L，超聲振蕩2h，浸泡12～18 h，80～120 ℃烘箱中干燥至恒重，在馬弗爐中200～500 oC下焙燒1～5 h，得鎳改性活性炭吸附劑。
有益效果 ：
(1)本發明將硝酸活化與過渡金屬鎳改性相結合，通過改變原始活性炭的孔結構特征和表面官能團的種類和分布，提高其吸附脫除廢水中重金屬鉛的能力;
(2)本發明中的改性活性炭制備方法簡單、操作方便且條件溫和、成本低廉，脫鉛能力得到提高;將鎳改性后的活性炭應用于廢水中鉛的脫除可以減少活性炭的用量，從而降低活性炭的投入成本，進而降低運行成本，因此具有廣闊的應用和發展的空間。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明;應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。
將本發明實施例1-6所得到的改性活性炭吸附劑和原始活性炭進行活性評價：
實施例 1:鎳改性活性炭吸附劑具體是按照以下步驟進行制取：
(1)將商品化顆粒狀活性炭浸泡，干燥，粉碎后過100～200目篩備用;
(2)配制摩爾濃度為4mol/L的硝酸溶液，充分混勻靜置澄清;
(3)按照活性炭與硝酸溶液的體積比為1：3，將活性炭浸漬到上述硝酸溶液中，在溫度為25℃，頻率為80KHz，功率為160W超聲清洗器中震蕩0.5h;然后洗滌、烘干制得活化的活性炭。
(4)將活化后的活性炭按照體積質量比2.0 mL/1g加入到濃度為2 mg/L的Ni(NO3)2溶液中，攪拌均勻，超聲振蕩1.5 h，浸泡18 h，80 ℃烘箱中干燥12h，在馬弗爐中200 oC下焙燒3 h，得鎳改性活性炭吸附劑。
分別準確稱取100～400 mg的鎳改性活性炭吸附劑和未改性的活性炭，投入20mg/L硝酸鉛溶液中，一定pH值下，放在的頻率為80 KHz振蕩床上反應一定時間，過濾后取適量的濾液測定廢水中重金屬鉛的去除率;由實驗結果可以看出，由實施例1獲得的鎳改性活性炭吸附劑在pH值范圍6～10內對鉛離子的去除率高達70 %，相比較而言，未改性的活性炭對pH值依賴程度較大范圍6～8，對鉛離子的去除率偏低，約為40 %;另外，與未改性活性炭相比，鎳改性活性炭吸附劑達到吸附平衡所需時間更短僅需1.5 h，未改性的活性炭達到吸附平衡的時間為3 h。
實施例 2：鎳改性活性炭吸附劑具體是按照以下步驟進行制取：
(1)將商品化顆粒狀活性炭浸泡，干燥，粉碎后過80～400目篩備用;
(2)配制摩爾濃度為5 mol/L的硝酸溶液，充分混勻靜置澄清 ;
(3)按照活性炭與硝酸溶液的體積比為1：2.5，將目數范圍為100～200目的活性炭浸漬到上述硝酸溶液中，在溫度為40 ℃，頻率為80 KHz，功率為160 W超聲清洗器中震蕩1.5 h;然后洗滌、烘干制得活化的活性炭。
(4)將活化后的活性炭按照體積質量比2.0 mL/1g加入到濃度為6 mg/L的Ni(NO3)2溶液中，攪拌均勻，超聲振蕩1.5 h，浸泡18 h，100 ℃烘箱中干燥14 h，在馬弗爐中300 oC下焙燒3 h，得鎳改性活性炭吸附劑。
分別準確稱取100～400 mg的鎳改性活性炭吸附劑和未改性的活性炭，投入20mg/L硝酸鉛溶液中，一定pH值下，放在的頻率為80 KHz振蕩床上反應一定時間，過濾后取適量的濾液測定廢水中重金屬鉛的去除率;由實驗結果可以看出，由實施例2獲得的鎳改性活性炭在最佳pH值范圍6～12內對鉛離子的去除率高達75 %，相比較而言，未改性的活性炭對pH值依賴程度較大范圍6～8，對鉛離子的去除率偏低，約為40 %;另外，與未改性的活性炭相比，鎳改性活性炭吸附劑達到吸附平衡所需時間更短僅需1.0 h，未改性活性炭達到吸附平衡的時間為3 h。
實施例 3：鎳改性活性炭吸附劑具體是按照以下步驟進行制取：
(1)將商品化顆粒狀活性炭浸泡，干燥，粉碎后過80～400目篩備用;
(2)配制摩爾濃度為6 mol/L的硝酸溶液，充分混勻靜置澄清 ;
(3)按照活性炭與硝酸溶液的體積比為1：1，將目數范圍為100～200目的活性炭浸漬到上述硝酸溶液中，在溫度為60 ℃，頻率為80 KHz，功率為200 W超聲清洗器中震蕩2.0 h;然后洗滌、烘干制得活化的活性炭。
(4)將活化后的活性炭按照體積質量比2.0 mL/1g加入到濃度為8 mg/L的Ni(NO3)2溶液中，攪拌均勻，超聲振蕩1.5 h，浸泡18 h，110 ℃烘箱中干燥14 h，在馬弗爐中300 oC下焙燒3h，得鎳改性活性炭吸附劑。
分別準確稱取100～400 mg的鎳改性活性炭吸附劑和未改性的活性炭，投入20mg/L硝酸鉛溶液中，一定pH值下，放在的頻率為80 KHz振蕩床上反應一定時間，過濾后取適量的濾液測定廢水中重金屬鉛的去除率;由實驗結果可以看出，由實施例3獲得的鎳改性活性炭在最佳pH值范圍6～13內對鉛離子的去除率高達82%，相比較而言，未改性的活性炭對pH值的依賴程度較大范圍6～8，對鉛離子的去除率偏低，約為40%;另外，與未改性的活性炭相比，鎳改性活性炭吸附劑達到吸附平衡所需時間更短僅需0.5 h，未改性的活性炭達到吸附平衡的時間為3 h。
實施例 4：鎳改性活性炭吸附劑具體是按照以下步驟進行制取：
(1)將商品化顆粒狀活性炭浸泡，干燥，粉碎后過80～400目篩備用;
(2)配制摩爾濃度為 7mol/L的硝酸溶液，充分混勻靜置澄清 ;
(3)按照活性炭與硝酸溶液的體積比為1：2.5，將目數范圍為100～200目的活性炭浸漬到上述硝酸溶液中，在溫度為80 ℃，頻率為80 KHz，功率為180 W超聲清洗器中震蕩1.5 h;然后洗滌、烘干制得活化的活性炭。
(4)將活化后的活性炭按照體積質量比2.0 mL/1g加入到濃度為10 mg/L的Ni(NO3)2溶液中，攪拌均勻，超聲振蕩2.5 h，浸泡14 h，120℃烘箱中干燥14 h，在馬弗爐中300 oC下焙燒3 h，得鎳改性活性炭吸附劑。
分別準確稱取100～400 mg的鎳改性活性炭吸附劑和未改性的活性炭，投入20mg/L硝酸鉛溶液中，一定pH值下，放在的頻率為80 KHz振蕩床上反應一定時間，過濾后取適量的濾液測定廢水中重金屬鉛的去除率;由實驗結果可以看出，由實施例4獲得的鎳改性活性炭在最佳pH值范圍6～14內對鉛離子的去除率高達93%，相比較而言，未改性的活性炭對pH值依賴程度較大范圍6～8，對鉛離子的去除率偏低，約為40%;另外，與未改性的活性炭相比，鎳改性活性炭吸附劑達到吸附平衡所需時間更短僅需0.5 h，未改性活性炭達到吸附平衡的時間為3 h。
實施例 5：鎳改性活性炭吸附劑具體是按照以下步驟進行制取：
(1) 將商品化顆粒狀活性炭浸泡，干燥，粉碎后過100-200目篩備用;
(2) 配制摩爾濃度為 7 mol/L的硝酸溶液，充分混勻靜置澄清 ;
(3)按照活性炭與硝酸溶液的體積比為1：1.5，將目數范圍為100～200目的活性炭浸漬到上述硝酸溶液中，在溫度為40 ℃，頻率為80 KHz，功率為160 W超聲清洗器中震蕩1.5 h;然后洗滌、烘干制得活化的活性炭。
(4)將活化后的活性炭按照體積質量比2.0 mL/1g加入到濃度為15 mg/L的Ni(NO3)2溶液中，攪拌均勻，超聲振蕩1.5h，浸泡18h，110℃烘箱中干燥14h，在馬弗爐中300oC下焙燒3h，得鎳改性活性炭吸附劑。
分別準確稱取100～400 mg的鎳改性活性炭吸附劑和未改性的活性炭，投入20mg/L硝酸鉛溶液中，一定pH值下，放在的頻率為80 KHz振蕩床上反應一定時間，過濾后取適量的濾液測定廢水中重金屬鉛的去除率;由實驗結果可以看出，由實施例5獲得的鎳改性活性炭在最佳pH值范圍6～14內對鉛離子的去除率高達95%，相比較而言，未改性的活性炭對pH值的依賴程度較大范圍6～8，對鉛離子的去除率偏低，約為40%;另外，與未改性的活性炭相比，鎳改性活性炭吸附劑達到吸附平衡所需時間更短僅需0.5 h，未改性活性炭達到吸附平衡的時間為3 h。
實施例 6：鎳改性活性炭吸附劑具體是按照以下步驟進行制取：
(1) 將商品化顆粒狀活性炭浸泡，干燥，粉碎后過80～400目篩備用;
(2) 配制摩爾濃度為 7mol/L的硝酸溶液，充分混勻靜置澄清 ;
(3)按照活性炭與硝酸溶液的體積比為1:1.5，將目數范圍為100～200目的活性炭浸漬到上述硝酸溶液中，在溫度為40℃，頻率為80KHz，功率為160W超聲清洗器中震蕩1.5h;然后洗滌、烘干制得活化的活性炭。
(4)將活化后的活性炭按照體積質量比2.0 mL/1g加入到濃度為10 mg/L的Ni(NO3)2溶液中，攪拌均勻，超聲振蕩1.5 h，浸泡18 h，110 ℃烘箱中干燥14 h，在馬弗爐中300oC下焙燒3 h，得鎳改性活性炭吸附劑。
分別準確稱取100～400 mg的鎳改性活性炭吸附劑和未改性的活性炭，投入20mg/L硝酸鉛溶液中，一定pH值下，放在的頻率為80 KHz振蕩床上反應一定時間，過濾后取適量的濾液測定廢水中重金屬鉛的去除率;由實驗結果可以看出，由實施例6獲得的鎳改性活性炭在最佳pH值范圍6～14內對鉛離子的去除率高達98%以上，剩余鉛含量為0.47mg/L，低于出水中鉛濃度污水綜合排放標準≤1.0mg/L;相比較而言，未改性的活性炭對pH值的依賴程度較大范圍6～8，且對鉛離子的去除率偏低，約為40%;另外，與未改性的活性炭相比，鎳改性活性炭吸附劑達到吸附平衡所需時間更短僅需10 min，未改性活性炭達到吸附平衡的時間為3 h。
