一种形成核壳结构包覆固化水体中镉离子的方法技术

本发明专利技术公开了一种固化水体中镉离子的方法，特别是一种形成核壳结构包覆固化水体中镉离子的方法，包括了向含镉离子的水体中依次添加硫酸钠、硝酸钙，搅拌混匀；采用气水混合机向水体中通入二氧化碳气体；将水体静置1～3h，固液分离。本发明专利技术利用硫酸根协同增强硫酸钙形成了以碳酸镉为核壳，以硫酸钙为核层的核壳结构。该方法具有如下优势：形成的硫酸钙包裹外壳，不仅薄而致密且可包裹较大浓度的镉；形成的核壳结构固体具有较强的耐酸碱性，且可直接通过静置分离去除，可有效降低水体中的镉含量。

【技术实现步骤摘要】
一种形成核壳结构包覆固化水体中镉离子的方法
本专利技术涉及固化水体中镉离子的方法，特别是一种形成核壳结构包覆固化水体中镉离子的方法。
技术介绍
镉为一种性质柔软、有金属光泽的蓝白色过渡金属，其熔点为320.9℃，沸点765℃，相对密度为8.650g/cm3。自然存在形式的金属镉是无毒的，但是镉的一些化合物却有极大的毒性，人体镉中毒时，其的组织和器官将受到很大的毒害作用，还易引起高血压、骨折、骨质松软、肺气肿、内分泌失调和肾炎等多种病症。含镉的污染水是导致人体镉中毒的一个重要途径，被镉污染过的水毒性很大，当水体中镉的质量浓度达到0.001mg/L时，水中的生物，因长期生活在高浓度镉中，累积摄入了大量的镉，会导致大批量死亡。我国在《地表水环境质量标准》(GB3838)中严格规定了各类水体中镉浓度的限值，一类水的镉含量限值为1μg/L；镉能够在微生物和农作物内蓄积，人类食用农作物时，镉进入人体，从而对人体健康造成危害，我国在《农田灌溉水质标准》(GB5084)中规定，灌溉水中的镉含量限值为5μg/L；对于排放含镉污染水，我国在《污水综合排放标准》(GB8978)中对排放浓度做了规定，以及在《污水排入城市下水道水质标准》(CJ3082)也做了相关规定，含镉废水的排放浓度不得超过100μg/L；人们饮用水过程中会将镉直接带入体内，因而饮用水中的镉含量与人类的健康与生存紧密相关。世界卫生组织颁布的《饮用水水质标准》中对水中镉浓度做了规定，其最大的浓度不得超过3μg/L。因此，降低水体中的镉浓度具有重要的现实意义。现有技术中，已经公开了一些降低水体中镉离子的方法。如中国专利(申请号201210527847.6)公开了一种利用高锰酸钾、硝酸钙改性棉花去除水体中镉的方法，该方法包括：(1)制备改性棉花：按每500mL去离子水中加入1.00～2.00g高锰酸钾、5.36～5.54g硝酸钙、5.0g脱脂棉的标准将高锰酸钾、硝酸钙、脱脂棉于去离子水中搅拌均匀，恒温25摄氏度振荡反应12～24h后，烘干，即得到改性棉花；(2)除镉过程：按100～250mL，50～100ppm的含镉废水中加入0.50-1.0g改性棉花的标准向含镉废水中添加改性棉花，并在常温下使含镉废水以频率135-145rpm振荡7-24小时。该处理工艺简单可行，且改性棉花对镉的吸附能力急剧增加，具有良好的应用价值。但是该工艺不仅造成了大量的棉花资源浪费，残留的锰离子也容易产生新的污染源，对治理条件要求较高。如中国专利(申请号201210531505.1)公开了一种去除污水中镉的方法，。该方法把含镉废水引入絮凝沉淀池内，加入聚合氯化铝和聚丙烯胺按絮凝剂对悬浮颗粒物进行絮凝沉降处理；去除悬浮颗粒物后的含镉废水流经装有改性凹凸棒土的吸附塔；每次对处理后的吸附填料先用碱液反冲洗，再用废酸冲洗；对含镉冲洗液进行浓缩，再加入过量的硫化钠进行沉淀处理。该处理工艺除镉效果较显著，但是工艺流程繁琐，运行成本高昂。如中国专利(申请号：03125232.X)公开了一种利用岩矿材料治理重金属废水的方法，该方法将含镉的废水首先通入C02气体进行碳酸化，然后用废水冲洗粉碎的菱铁矿，并使废水在粉碎的菱铁矿中的滞留时间保持在1小时以上，接着流经粉碎的石灰岩，从出水口流出。其中，待处理的废水经过粉碎的石灰岩时向石灰岩中压入轻微的空气流。该专利技术具有工艺流程简单，运行费用较低，无污泥产生等优点，但是该方法对水体中的微量镉去除效果并不显著，还需进一步的处理。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种形成核壳结构包覆固化水体中镉离子的方法。不同于现有技术，本专利技术利用硫酸根协同增强硫酸钙形成以碳酸镉为核壳，以硫酸钙为核层的核壳结构。本方法具有如下优势：I形成的硫酸钙包裹外壳，不仅薄而致密且可包裹较大浓度的镉；II形成的核壳结构固体具有较强的耐酸碱性，且可直接通过静置分离去除，可有效降低水体中的镉含量。本专利技术的技术方案如下：一种形成核壳结构包覆固化水体中镉离子的方法，包括如下步骤：1)向含镉离子的水体中依次添加硫酸钠、硝酸钙，搅拌混匀；2)采用气水混合机向步骤1)处理后的水体中通入二氧化碳气体；3)将步骤2)处理后的水体静置1～3h，之后固液分离。作为优选技术方案，所述步骤1)中，硫酸钠、硝酸钙和镉离子的摩尔比为(3～10)∶(1～5)∶1。上述三种物质的摩尔浓度是决定能否形成边缘光滑、形态规整的包裹结构晶体的一个重要因素，因此要保持在一个合理的范围，如实施例3中，当Na2SO4:Ca(NO3):Cd2+的摩尔比为8:3:1时，形成的包裹外壳，薄而致密，能够包裹更多的碳酸镉。作为优选技术方案，所述步骤2)中，气水混合机为喷雾式混合机、表面接触吸收式混合机、喷射式混合机、母管式混合机和填料塔式混合机中的一种。本专利技术采用碳酸饮料生产过程中使用的气水混合机向含镉水体中通入二氧化碳气体的方法，该方法即保证了碳酸化效果又避免了大量二氧化碳气体的浪费。气水混合机的选择要考虑以下几个方面：I使气体和液体的接触面积加大，接触面越大，吸收越快；II增加气液两相接触机会，可使气液进行逆流运动；III由于C02本身的物化性质，对吸收体系进行降温升压，创造吸收条件。其中喷雾式混合机的原理是将液体截散成液滴或喷射成雾滴，以增大与C02气体接触面积，提高吸收效率；表面接触吸收式混合机的原理是使水和CO2气体曲回进行接触来使水吸收C02气体，从而达到混合目的，由于其的接触面积大，水和C02气体又成逆流方向，所以其的使用效果较好；喷射式混合机的原理是利用在流量不变的情况下，管道的直径变小，流速加大，压力降低而吸收C02气的方法，也就是文丘里管方法；母管式混合机的原理是把两个直径不同的管套在一起，内管走水，外管走气，而且内管壁上满是小孔，从而达到水和气的混合；填料塔式混合机的原理是在填料塔内充填玻璃球或瓷环，当水喷洒到填料塔内，经过这些填充料时有较充分的接触面积和碳酸化时间。作为优选技术方案，所述步骤2)中每1L的水体中通入二氧化碳气体的量为2～6g。作为优选技术方案，所述步骤2)中已通入二氧化碳气体的水体密封保存1～4h。可通过罐装或其他形式的与外界环境隔离的密封技术。作为优选技术方案，所述步骤2)中已通入二氧化碳气体的水体密封保存的温度为4℃～23℃。该温度会影响水体中镉离子的包覆固化效果。根据上述任一所述的形成核壳结构包覆固化水体中镉离子的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)检测水体中镉离子的含量，按硫酸钠、硝酸钙和镉离子为(3～9)∶(1～3)∶1的摩尔比向水体中依次添加硫酸钠和硝酸钙，搅拌混匀；2)通过喷雾式混合机、表面接触吸收式混合机、喷射式混合机、母管式混合机和填料塔式混合机中的任一种气水混合机向步骤1)处理后的水体中按2～6g/L的浓度通入二氧化碳气体，之后将水体密封保存于温度4℃～21℃的环境中2～4h；3)水体解除密封，静置1～3h后，水体中的镉离子以核壳结构被包覆固化，经固液分离去除。附图说明图1为：当Na2SO4:Ca(NO3):Cd2+的摩尔比为3:1:1时，所制备核壳结构的透射电镜图；图2为：当Na2SO4:Ca(NO3):Cd2+的摩尔比为3:1:1时，所制备核壳结构的XRD图；图3为：当Na2S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成核壳结构包覆固化水体中镉离子的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)向含镉离子的水体中依次添加硫酸钠、硝酸钙，搅拌混匀；2)采用气水混合机向步骤1)处理后的水体中通入二氧化碳气体；3)将步骤2)处理后的水体静置1～3h，之后固液分离。

【技术特征摘要】
1.一种形成核壳结构包覆固化水体中镉离子的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)向含镉离子的水体中依次添加硫酸钠、硝酸钙，搅拌混匀；2)采用气水混合机向步骤1)处理后的水体中通入二氧化碳气体；3)将步骤2)处理后的水体静置1～3h，之后固液分离。2.根据权利要求1所述的形成核壳结构包覆固化水体中镉离子的方法，其特征在于，所述步骤1)中，硫酸钠、硝酸钙和镉离子的摩尔比为(3～10)∶(1～5)∶1。3.根据权利要求1所述的形成核壳结构包覆固化水体中镉离子的方法，其特征在于，所述步骤2)中，气水混合机为喷雾式混合机、表面接触吸收式混合机、喷射式混合机、母管式混合机和填料塔式混合机中的一种。4.根据权利要求1所述的形成核壳结构包覆固化水体中镉离子的方法，其特征在于，所述步骤2)中每1L的水体中通入的二氧化碳气体量为2～6g。5.根据权利要求1所述的形成核壳结构包覆固...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文磊，杨田丽，贺任，邓明向，胡云楚，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43