一种高效重金属离子吸附剂的制备方法技术

本发明专利技术公开一种高效重金属离子吸附剂的制备方法，包括以下步骤：向高浓度水性油墨印花废水中加入适量粉状阳离子交换材料，搅拌反应；搅拌并加入与废水反应生成微小CO2气泡的化学药剂；加热、保温黏结脱水并制孔；用饱和氢氧化钾溶液降温冷却，使提取物表面快速硬化并使提取物充分吸收氢氧化钾；取出提取物冷却、干燥后高温炭化活化，制得高效重金属离子吸附剂。所制备吸附剂对多种重金属离子去除率可达到98%以上。

Preparation of an efficient adsorbent for heavy metal ions

The invention discloses a preparation method of an efficient heavy metal ion adsorbent, which comprises the following steps: adding appropriate amount of powdery cation exchange material to high concentration water-based ink printing wastewater, stirring reaction; stirring and adding chemical reagents reacting with wastewater to form tiny CO2 bubbles; heating, thermal insulation, bonding, dehydration and pore-making; cooling the extract with saturated potassium hydroxide solution to cool down the temperature. The surface hardens rapidly and the extract absorbs potassium hydroxide adequately. After cooling and drying, the extract is carbonized and activated at high temperature to produce an efficient heavy metal ion adsorbent. The adsorbent can remove more than 98% of heavy metal ions.

【技术实现步骤摘要】
一种高效重金属离子吸附剂的制备方法
本专利技术属于环境保护
，特别涉及一种高效重金属离子吸附剂的制备方法。
技术介绍
含有重金属离子工业废水的排放，严重污染环境，危害人体健康。含重金属离子废水的处理方法主要包括:化学沉淀法、吸附法、离子交换法、生物法等，其中化学沉淀法剩余浓度高；生物法不适合高浓度含重金属离子废水，在应用方面受到了很大的限制；离子交换树脂具有比表面积大、多孔性能好、选择吸附性能高等优点，但处理成本高；吸附法中，活性炭是应用最广、最有效的吸附剂，但是活性炭的非选择性吸附，主要以煤、木材等为原料，也具有资源有限、制备成本高、工艺复杂和亲水性能低等缺点。近年来，国内外学者对利用各种废弃物制备重金属离子吸附剂并用于含重金属离子废水处理开展了大量的研究。因此，以工业废弃物为原料，制备与环境相容性好，且吸附性能好的重金属离子吸附剂，可以实现废弃物的资源化利用，具有十分重要的现实意义。水性油墨主要由水溶性树脂连接料、颜料、醇、胺或氨及其他添加剂和水组成。水性油墨因为其健康、环保、安全的特性，在各个领域被广泛应用。目前，大量的塑料包装材料在印花、印刷时越来越多地采用水性油墨，在生产过程中产生了一定量的高浓度水性油墨印花废液。该种印花废液中含有颜料、水溶性丙烯酸树脂连接料、醇、胺（氨）等污染物，其有机物含量多，色度高，污染极为严重（色度：3万倍以上，CODCr：10万-50万mg/L），难于处理。对于该种废液的处理，通常采用混凝法等化学方法进行预处理，即向废液中投加混凝剂，使污染物凝聚形成污泥。通常直接采用板框轧滤机、带式脱水机或离心脱水机等进行机械脱水等固液分离方法进行固液分离，出水再进行其他化学或生物处理至达标排放。由于废液中污染物浓度高，形成的污泥含固量高达5-10%，难于脱水处理，而且通过机械压滤或离心脱水后形成的泥饼通常作为固废进行填埋或焚烧处理，极易造成二次污染。若能将水性油墨废液中的污染物提取开发成高效重金属离子吸附剂，既可以杜绝二次污染又能实现固废的资源化利用，具有良好的环境效益、社会效益和经济效益。
技术实现思路
本专利技术提供一种高效重金属离子吸附剂的制备方法，将高浓度水性油墨印花废水中的污染物提取并制备成重金属离子吸附剂，既能大幅降低水性油墨印花废水的污染负荷，又可以实现提取物的资源化利用。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高效重金属离子吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）向高浓度水性油墨印花废水中加入适量粉状阳离子交换材料，搅拌反应，释放出可交换离子，降低水溶性高分子连接料的溶解度，破坏连接料的稳定性，至使废水中可提取物质刚好凝聚成不溶性细小微粒，且不絮凝增大，同时过量的氢离子与废水中有机胺（氨）结合，形成[R3NH]+，促进离子交换，与阳离子交换材料及部分析出的连接料结合，固定废水中的有机胺（氨）；（2）快速搅拌，降低废水黏度并防止生成的细小固体微粒进一步絮凝增大，同时向废水中投加适量与废水反应生成微小CO2气泡的化学药剂，使气泡黏附废水中的细小微粒，在细小微粒间形成气、液、固三相接触界面，控制反应后废水pH为弱酸性至中性；（3）边缓慢变速搅拌边加热废水至温度高于连接料的软化点以上5-30℃，逐步使细小微粒相互黏结，通过微气泡和由结合水转变成的自由水的阻隔作用使细小微粒热黏结形成内部包裹微小气泡和水的大颗粒提取物，随温度升高逐步降低搅拌速度直至停止搅拌；（4）达到温度后保温一定时间，利用连接料分子链的蜷缩及分子间氢键等作用力使大颗粒提取物充分相互黏结、变形，体积不断收缩脱出水，同时在保温过程中利用热作用通过分子链热运动进一步进行水相黏结制孔，并使提取物内部颗粒间孔隙均匀，以保持提取物结构均匀；（5）至提取物体积收缩充分，排出脱出的水，用饱和氢氧化钾溶液将提取物表面降温冷却，使提取物表面快速硬化，降低提取物表面黏度，保持提取物形态防止变形破坏孔结构，使提取物充分吸收氢氧化钾；（6）取出提取物，然后将提取物在温度低于连接料的软化点温度以下低温干燥或自然干燥；（7）将干燥后的提取物在氮气保护下于700℃一步炭化活化1-4h，破碎后制得高效重金属离子吸附剂。有益效果：a.高浓度水性油墨印花废水经本方法提取污染物处理，废水脱色率高达99.8%以上，有机污染物提取率达95%以上，氨氮去除率高达85%以上，使污染负荷大为降低，便于后续处理。b.以阳离子交换材料释放出的氢离子抑制水溶性高分子连接料可电离基团的电离，并与连接料反应生成—COOH基团，有利于提取物形成内部氢键，利于提取物颗粒充分黏结，体积收缩，并脱出内部大部分水分；阳离子交换材料可以固定更多的氮，炭化时形成大量含氮基团，利于螯合重金属离子，提高吸附容量。c.以微小气泡黏附废液中的细小固体微粒，在细小固体微粒间形成气、液、固三相接触界面，可以降低固—固接触界面，防止固体微粒的絮凝增大及后续固化过于密实，利于提高形成内部微小介孔数量，提高吸附容量。d.温度高于软化点以上5-30℃，可以使提取物内部结合水充分转变为自由水并使连接料大分子链充分收缩，在内部形成新的固体表面和自由体积，包裹由结合水转变成的自由水，进一步提高内部孔隙率，提高吸附容量，并且使提取物固化充分。热作用能加强高分子链热运动的剧烈程度，既利于形成介孔又使块状提取物内部颗粒间孔隙均匀，提高吸附容量。e.水相中制孔，利用水的增塑作用，有助于连接料分子链热运动，降低处理温度。f.缓慢减速搅拌既有利于细小颗粒碰撞黏结成大颗粒，又防止剪切力过大破坏颗粒内部孔隙。g.利用阳离子交换材料释放出氢离子，防止废水中引入酸根离子，杜绝二次污染。具体实施方式下面通过具体实施例进一步说明本专利技术。实施例1（1）向高浓度水性油墨印花废水中加入适量300目磺化煤，搅拌反应30min，释放出可交换离子，至使废水中可提取物质刚好凝聚成不溶性细小微粒，且不絮凝增大，同时过量的氢离子与废水中有机胺（氨）结合，形成[R3NH]+，促进离子交换，与磺化煤及部分析出的连接料结合，固定废水中的有机胺（氨）；（2）快速搅拌（200r/min），降低废水黏度并防止生成的细小固体微粒进一步絮凝增大，同时向废水中投加10g/L与废水反应生成微小CO2气泡的碳酸氢钠，使气泡黏附废水中的细小微粒，在细小微粒间形成气、液、固三相接触界面，控制反应后废水pH为6.2；（3）边缓慢变速搅拌（60r/min始）边加热废水至温度高于连接料的软化点以上20℃，逐步使细小微粒相互黏结，通过微气泡和由结合水转变成的自由水的阻隔作用黏结形成内部包裹微小气泡和水的大颗粒提取物，随温度升高逐步降低搅拌速度直至停止搅拌；（4）达到温度后保温20min，利用连接料分子链的蜷缩及分子间氢键等作用力使大颗粒提取物充分相互黏结、变形，体积不断收缩脱出水，同时在保温过程中利用热作用通过分子链热运动进一步进行水相制孔，使提取物内部颗粒间孔隙均匀，以保持提取物结构均匀；（5）至提取物体积收缩充分，排出脱出的水，用5倍体积的饱和氢氧化钾溶液将提取物表面降温冷却，使提取物表面快速硬化，降低提取物表面黏度，保持提取物形态防止变形破坏孔结构，使提取物充分吸收氢氧化钾；（6）充分冷却后取出提取物，然后将提取物在温度低于连接料的软化点温度2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效重金属离子吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）向高浓度水性油墨印花废水中加入适量粉状阳离子交换材料，搅拌反应，释放出可交换离子，降低水溶性高分子连接料的溶解度，破坏连接料的稳定性，至使废水中可提取物质刚好凝聚成不溶性细小微粒，且不絮凝增大，同时过量的氢离子与废水中有机胺（氨）结合，形成[R3NH]+，促进离子交换，与阳离子交换材料及部分析出的连接料结合，固定废水中的有机胺（氨）；（2）快速搅拌，降低废水黏度并防止生成的细小固体微粒进一步絮凝增大，同时向废水中投加适量与废水反应生成微小CO2气泡的化学药剂，使气泡黏附废水中的细小微粒，在细小微粒间形成气、液、固三相接触界面，控制反应后废水pH为弱酸性至中性；（3）边缓慢变速搅拌边加热废水至温度高于连接料的软化点以上5‑30℃，逐步使细小微粒相互黏结，通过微气泡和由结合水转变成的自由水的阻隔作用使细小微粒热黏结形成内部包裹微小气泡和水的大颗粒提取物，随温度升高逐步降低搅拌速度直至停止搅拌；（4）达到温度后保温一定时间，利用连接料分子链的蜷缩及分子间氢键等作用力使大颗粒提取物充分相互黏结、变形，体积不断收缩脱出水，同时在保温过程中利用热作用通过分子链热运动进一步进行水相黏结制孔，并使提取物内部颗粒间孔隙均匀，以保持提取物结构均匀；（5）至提取物体积收缩充分，排出脱出的水，用饱和氢氧化钾溶液将提取物表面降温冷却，使提取物表面快速硬化，降低提取物表面黏度，保持提取物形态防止变形破坏孔结构，使提取物充分吸收氢氧化钾；（6）取出提取物，然后将提取物在温度低于连接料的软化点温度以下低温干燥或自然干燥；（7）将干燥后的提取物在氮气保护下于700℃一步炭化活化1‑4h，破碎后制得高效重金属离子吸附剂。...

【技术特征摘要】
1.一种高效重金属离子吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）向高浓度水性油墨印花废水中加入适量粉状阳离子交换材料，搅拌反应，释放出可交换离子，降低水溶性高分子连接料的溶解度，破坏连接料的稳定性，至使废水中可提取物质刚好凝聚成不溶性细小微粒，且不絮凝增大，同时过量的氢离子与废水中有机胺（氨）结合，形成[R3NH]+，促进离子交换，与阳离子交换材料及部分析出的连接料结合，固定废水中的有机胺（氨）；（2）快速搅拌，降低废水黏度并防止生成的细小固体微粒进一步絮凝增大，同时向废水中投加适量与废水反应生成微小CO2气泡的化学药剂，使气泡黏附废水中的细小微粒，在细小微粒间形成气、液、固三相接触界面，控制反应后废水pH为弱酸性至中性；（3）边缓慢变速搅拌边加热废水至温度高于连接料的软化点以上5-30℃，逐步使细小微粒相互黏结，通过微气泡和由结合水转变成的自由水的阻隔作用使细小微粒热黏结形成内部包裹微小气泡和水的大颗粒提取物，随温度升高逐步降低搅拌速度直至停止搅拌；（4）达到温度后保温一定时间，利用连接料分子链的蜷缩及分子间氢键等作用力使大颗粒提取物充分相互黏结、变形，体积不断收缩脱出水，同时在保温过程中利用热作用通过分子链热运动进一步进行水相黏结制孔，并使提取物内部颗粒间孔隙均匀，以...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳荣展，于晓，于梦楠，石宝龙，张宾，潘颖，位恒，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东,37