一种生物吸附溶液中重金属离子制备光催化材料的方法技术

本发明专利技术提出一种生物吸附溶液中重金属离子制备光催化材料的方法，基于生物吸附技术将工业废水中的重金属离子吸附富集到生物质粉末颗粒上，然后将负载了重金属离子的生物质粉末与能够提供S2-、Se2-源的试剂（硫化钠、硫氢化钠、硫脲、硫化氢或硒化钠、硒氢化钠、硒脲、硒化氢等）接触反应，以使得吸附在生物质粉末颗粒上的重金属离子被原位转化为相应的金属硫（硒）化物。本发明专利技术实现了含低浓度有价金属离子的各种工业废水的高值化利用新途径，借助生物吸附达到经济、高效地脱除低浓度工业废水中的金属离子的目的，具有吸附快、成本低、制粉流程短、产量大、容易上规模等突出优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及含重金属离子的工业废水的净化与可见光光催化材料的一体化短流 程制备新方法，特别是提供了一种使现有工业废水净化处理过程显著增加附加价值和降低 全流程成本的新技术。
技术介绍
采矿、选矿、冶金、金属加工与回收等行业都会产生大量的重金属离子(如铜、铅、 锌、镉、镍、钴、铋、银等）的工业废水，这些废水若不加控制、不加合理处理地外排，将会造成 严重的环境污染、资源浪费，直接影响到这些行业的可持续性发展。 传统的治理此类含重金属离子工业废水的方法主要停留在将废水净化达标即可， 而产生大量的含有重金属的固体沉渣则形成新的危险污染源。这些新形成的固体沉渣，重 金属含量仍然远远低于工业冶炼可经济提取的品位，因此一般都没有找到很好的安全处理 的途径。比如，中和沉淀法或者混凝沉淀法，虽然将含有重金属离子的工业废水给净化处理 了，但是混凝/沉淀的固体沉渣含有大量水分和低浓度的重金属，一般都需要废水处理企 业倒贴资金，给具有专业资质的危险废弃物处理单位去安全化处理。这样就大大增加了工 业废水的处理成本，不利于重金属工业废水处理行业的良性的、可持续化的发展。显然，这 样单一的将重金属废水净化处理达标的做法存在显著的缺陷和不足之处，可以断言，但凡 类似以上沉淀或混凝的方法，无论直接采用化学试剂还是间接产生的沉淀或混凝方法如电 絮凝方法，都没有从根本上改善或者解决危险固体沉渣的妥善处理问题。 因此，业界出现了将重金属离子回收、浓缩循环再生利用的做法，比如离子交换、 萃取、膜分离和电渗析等方法，这些方法比第一类处理方法从设计理念上要明显先进和具 有更好的竞争性，但是在实际的应用过程中，却往往因为成本问题而大大限制了这些技术 的竞争性，从而实际上使得这些技术仅仅局限在少数方面，比如重金属离子浓度含量较高、 金属价值较大的行业，而实际上的含重金属离子的工业废水绝大多数都是含量低、水量大、 杂质多、成分复杂等特征，往往使得离子交换树脂容易堵塞而快速失效、萃取处理后溶液仍 难达标、膜分离和电渗析则操作和维护成本居高不下等处理效果或处理成本方面存在的明 显缺点，所以，基于重金属的经济价值而使用的重金属回收技术，可命名为第二类处理方 法，实际上也难于广泛地推广应用。 基于以上第一类和第二类的处理含有低浓度重金属离子的各类工业废水方法的 不足和落后之处，本专利技术公开了一种全新的重金属离子工业废水治理思路和新理念，即基 于生物吸附技术将工业废水中的重金属离子吸附富集到生物质粉末颗粒上，然后将富集了 重金属离子的生物质粉末与能够提供S'Se 2-源的试剂(硫化钠、硫氢化钠、硫脲、硫化氢或 硒化钠、硒氢化钠、硒脲、硒化氢等）接触反应，以使得吸附在生物质粉末颗粒上的重金属离 子被原位转化为相应的金属硫(硒）化物，即可用于太阳能可见光光催化材料的应用，可望 在有机危险物的光降解、水的光分解制备氢气和氧气、以及光催化的其他诸多方面得到广 泛的应用。 其中应用了专利(授权专利号：ZL 2012 100 19530. 1)中公开的改性化学方法来 制备生物质吸附剂材料；该生物质吸附剂材料的制备方法主要包括：1.取生物质原料，进 行水洗，备用；2.将水洗后的生物质原料与碱、水按照1 :0. 05-0. 2 :0. 5-2的质量比例进行 搅拌混合反应，搅拌12-24小时，过滤，得到固体产物，其中，所述碱为锂、钠、钾、钙、镁的氧 化物、氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸铵、碳酸氢铵、尿素、氨水中的一种或二种以上混 合；3.将以上固体产物用水洗直至中性、送入真空烘箱，在温度为60-120°C干燥，将烘干 物打碎、筛分，40目以下颗粒收集即可作为本专利技术的生物质吸附剂，具体参见ZL 2012 100 19530. 1说明书。虽然该专利技术仅仅记载了以大蒜作为生物质原料进行生物质吸附剂材料的 制备方法，但采用海藻、酒糟、桔渣、苹果皮等含有-C00H、-SH、-NH 2、-(酚）0H等活性功能团 的其它替代的生物质原料按照相同比例也可以生成具有相当的吸附效果的生物质吸附剂 材料。上述方法的特点在于，1)生物吸附材料将含有低浓度重金属离子的工业废水净化达 标；2)得到的生物吸附剂材料可以通过简单、方便的方法迅速被制备成具有可见光光催化 效果的光催化材料了；3)没有第一类处理方法之固体沉渣需要处理的麻烦问题了，也比第 二类处理方法之简单地回收低价值、低含量的重金属具有显著增加的更高附加价值；4)如 果采用废弃的生物质原料来制备吸附剂，则可望实现生物质原料工业比如农林渔业、涉重 金属采选冶加工工业、可见光光催化材料应用这三个领域的良性交叉和互动，并因为经过 本专利技术专利所公开的设计理念和技术选择，使得三个主要领域所构成的全流程系统得到了 显著的附加价值的提升和增加，从而使得被传统视作危险、麻烦的含低浓度的重金属工业 废水的治理变成一个高附加价值的行业，借助本专利技术公开的技术来实现三个行业的可持续 发展。这样一来，含重金属离子的各类工业废水实际上为光催化领域提供了源源不断的大 量的金属离子来源，并借助本专利技术公开的新技术来为光催化行业提供成本低廉、大规模产 量的光催化原料，借助以上技术，大量的生物质吸附剂材料产品也得到了更有附加价值的 应用和开发。可见，以上本专利技术公开的新技术实在具有一箭三雕的综合应用效果，以其 显著增加的附加价值来促进以上三个行业的快速、良性、可持续的发展。以上技术必将为各 类含重金属离子的工业废水的高效、经济地治理，带来新的技术设计思想和工业实践指导。
技术实现思路
本专利技术所要解决的关键技术问题是，改变传统的主要围绕工业废水中低浓度的重 金属离子的脱除而净化水的传统做法，或者简单地将重金属离子富集回收但受限于重金属 普遍低价格的现实使得整个水处理过程的附加价值较低的现状，将工业废水中低浓度有价 金属离子的脱除和高附加价值的光催化功能材料的制备生产紧密地集成起来的新工艺，形 成集净水回用、金属富集、光催化材料制备应用等功能为一体的短流程、高附加价值的新流 程，也必然为生物吸附这一新技术在实际重金属离子工业废水治理中的大范围应用起到良 好的促进和推进作用。这一专利技术也解决了从含低浓度金属离子的工业废水中吸附富集了有 价金属离子的生物吸附剂材料如何实现高值化利用的问题。 本专利技术的第一目的在于提出一种生物吸附溶液中重金属离子制备光催化材料的 方法，所述方法包括以下步骤： 步骤一、获取含金属离子的溶液，调整所述溶液的pH值范围为2-12,向溶液添加生物 质吸附剂，所述生物质吸附剂的添加量为每升溶液〇. 1-50克，搅拌5-1200分钟后，过滤得 到富集有金属离子的生物质吸附剂粉末； 步骤二、将得到的富集有金属离子的生物质吸附剂粉末经过水洗2-3次后，在20摄氏 度至80摄氏度的热风箱中烘1-12小时，获得负载了金属离子的生物吸附剂烘干粉体； 步骤三、将负载了金属离子的生物吸附剂烘干粉体按照1 :1-10的质量比例与浓度为 0. 1-10M的硫化钠、硫化氢钠、硒化钠、硒化氢钠溶液或者上述任意两种的混合溶液接触、搅 拌反应1-10000分钟后，过滤得到的固体物质经水洗2-3次后，在20摄氏度至80摄氏度的 热风箱中烘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物吸附溶液中重金属离子制备光催化材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一、获取含金属离子的溶液，调整所述溶液的pH值范围为2‑12，向溶液添加生物质吸附剂，所述生物质吸附剂的添加量为每升溶液0.1‑50克，搅拌5‑1200分钟后，过滤得到富集有金属离子的生物质吸附剂粉末；步骤二、将得到的富集有金属离子的生物质吸附剂粉末经过水洗2‑3次后，在20摄氏度至80摄氏度的热风箱中烘1‑12小时，获得负载了金属离子的生物吸附剂烘干粉体；步骤三、将负载了金属离子的生物吸附剂烘干粉体按照1：1‑10的质量比例与浓度为0.1‑10M的硫化钠、硫化氢钠、硒化钠、硒化氢钠溶液或者上述任意两种的混合溶液接触、搅拌反应1‑10000分钟后，过滤得到的固体物质经水洗2‑3次后，在20摄氏度至80摄氏度的热风箱中烘干，得到光催化材料。

【技术特征摘要】
1. 一种生物吸附溶液中重金属离子制备光催化材料的方法，其特征在于，所述方法包 括以下步骤： 步骤一、获取含金属离子的溶液，调整所述溶液的pH值范围为2-12,向溶液添加生物 质吸附剂，所述生物质吸附剂的添加量为每升溶液〇. 1-50克，搅拌5-1200分钟后，过滤得 到富集有金属离子的生物质吸附剂粉末； 步骤二、将得到的富集有金属离子的生物质吸附剂粉末经过水洗2-3次后，在20摄氏 度至80摄氏度的热风箱中烘1-12小时，获得负载了金属离子的生物吸附剂烘干粉体； 步骤三、将负载了金属离子的生物吸附剂烘干粉体按照1 :1-10的质量比例与浓度为 0. 1-10M的硫化钠、硫化氢钠、硒化钠、硒化氢钠溶液或者上述任意两种的混合溶液接触、搅 拌反应1-10000分钟后，过滤得到的固体物质经水洗2-3次后，在20摄氏度至80摄氏度的 热风箱中烘干，得到光催化材料。2. -种生物吸附溶液中重金属离子制备光催化材料的方法，其特征在于，所述方法包 括以下步骤： 步骤一、获取含金属离子的溶液，调整所述溶液的pH值范围为2-12,向溶液添加生物 质吸附剂，所述生物质吸附剂的添加量为每升溶液〇. 1-50克，搅拌5-1200分钟后，过滤得 到富集有金属离子的生物质吸附剂粉末； 步骤二、将得到的富集有金属离子的生物质吸附剂粉末经过水洗2-3次后，在20摄氏 度至80摄氏度的热风箱中烘1-12小时，获得负载了金属离子的生物吸附剂烘干粉体； 步骤三、将负载了金属离子的生物吸附剂烘干粉体按照1 :1-10的质量比例与浓度为 0. 1-10M的硫化钠、硫化氢钠、硒化钠、硒化氢钠溶液或者上述任意两种的混合溶液接触、力口 热至30-100摄氏度，搅拌反应1-10000分钟后，过滤得到的固体物质经水洗2-3次后，在20 摄氏度至80摄氏度的热风箱中烘干，得到光催化材料。3. -种生物吸附溶液中重金属离子制备光催化材料的方法，其特征在于，所述方法包 括以下步骤： 步骤一、获取含金属离子的溶液，调整所述溶液的pH值范围为2-12,向溶液添加生物 质吸附剂，所述生物质吸附剂的添加量为每升溶液〇. 1-50克，搅拌5-1200分钟后，过滤得 到富集有金属离子的生物质吸附剂粉末； 步骤二、将得到的富集有金属离子的生物质吸附剂粉末经过水洗2-3次后，在20摄氏 度至80摄氏度的热风箱中烘1-12小时，获得负载了金属离子的生物吸附剂烘干粉体； 步骤三、将负载了金属离子的生物吸附剂烘干粉体按照1 :〇. 1-0. 5:1-10的质量比例...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄凯，徐盈，邱颢艺，马铖佑，杨超，杨宏，黄瑛，朱鸿民，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11