一种大体积污水中重金属离子的去除方法技术

本发明专利技术涉及纤维素包覆磁流体领域，尤其涉及一种可用于大体积污水处理的纤维素包覆磁流体的制备方法。本方法首先制备纤维素包覆的智能型磁流体，精细控制初始粒径为10nm以下，呈分散良好的流体状态，当吸附重金属达到饱和后，这种智能型的磁流体会转变为易于沉降、易于通过外加磁场实现固液分离的团聚状态。这一特性在大体积污水处理时具有独特优势，可以解决当磁性材料用在大体积污水的处理时，无法通过外加磁场将吸附了重金属离子的磁性材料从大体积的污水中分离出来的难题。

A removal method of heavy metal ions in large volume sewage

【技术实现步骤摘要】
一种大体积污水中重金属离子的去除方法
本专利技术涉及纤维素包覆磁流体领域，尤其涉及一种可用于大体积污水处理的纤维素包覆磁流体的制备方法。
技术介绍
当今，过量的重金属离子的排放对环境的污染越来越值得重视。通过食物链富集聚积和饮用重金属超标的水，人体健康受到重金属的严重威胁。例如，当环境受到污染后，镉可通过食物链等进入人体富集，破坏体内的巯基酶系统，致使机体出现炎症和水肿。更为可怕的是，进一步形成的镉蛋白，还会严重损害肝、肾等器官的功能。再如，铜离子作为一种常见的重金属离子，如果摄入过多，则会造成消化系统紊乱，长期过量还可能导致肝硬化，已有研究证明肝癌的死亡率与环境中的铜含量存在着正相关的关系。由于重金属的毒害作用，开发重金属脱除的方法迫在眉睫。传统的水溶液中重金属脱除方法主要有：化学沉淀法，离子交换树脂法，吸附法等。化学沉淀法是处理废水中重金属污染中使用最为广泛的方法之一，该方法工艺简单，然而需要用到化学沉淀剂。离子交换树脂法具有处理容量大、方便快捷等优点，但其操作费用高，离子交换剂再生操作复杂。吸附法由于其成本低、浓缩效率高、环境友好，因此是目前最有希望的方法。对于吸附法而言，高效的吸附剂是关键。磁性材料作为一种常见的吸附剂，由于可以通过外加磁场的方法，方便快捷地实现固相和液相的分离。因此备受瞩目。然而通常磁性材料被用于DNA提取、蛋白纯化、生物样品中小分子化合物的富集等领域。一般都是小体积应用体系(10毫升左右)，罕见用于大体积(100升以上)污水中重金属离子的去除，这是因为从吸附角度来看，材料粒径越小，比表面积越大，吸附容量也越大。而从磁性角度来看，材料粒径越小，磁性越弱，当用在大体积(100升以上)污水的处理时，无法通过外加磁场将吸附了重金属离子的小粒径磁性材料从如此大体积的污水中分离出来，或者即便分离出来，所需要的设备和成本也非常高，不具备现实应用价值。因此，开发一种基于磁流体的大体积污水中重金属离子的去除方法，具有重要的理论指导意义和现实应用价值。
技术实现思路
技术问题：本专利技术针对传统磁性材料在大体积污水中重金属离子的去除时所面临的瓶颈，提出制备纤维素包覆的智能型磁流体，这种磁流体初始粒径为10nm以下，呈分散良好的流体状态，纳米级的粒径保证了材料对重金属离子较高的吸附容量和较快的吸附动力学。当吸附达到饱和后，由于磁流体表面的氢键作用位点与重金属离子发生相互作用，破坏了纳米粒子表面的稳定状态，这种智能型的磁流体会转变为易于沉降、易于通过外加磁场实现固液分离的团聚状态。而这一特性在大体积污水处理时具有独特优势，因为沉降到底部的智能型磁流体可以通过在容器底部施加的外部磁场，轻松地实现固相与液相的分离。从而解决当磁性材料用在大体积(100升以上)污水的处理时，无法通过外加磁场将吸附了重金属离子的磁性材料从大体积的污水中分离出来的难题。技术方案：1、本专利技术开发一种大体积污水中重金属离子的去除方法，是采用如下技术方案实现的，具体包括：a、磁流体的制备：将适量的四水合氯化亚铁与六水合氯化铁加入到蒸馏水中溶解，然后加入适量的氢氧化钠溶液，超声反应一段时间后，离心，弃去上清液，固体用蒸馏水洗两遍；b、纤维素包覆的磁流体的制备：在磁流体水洗两遍后，立即加入适量纤维素溶液，超声反应一段时间后，低速离心后弃去沉淀物，最后高速离心后弃去上清液，所得固体重新超声分散均匀；c、大体积污水中重金属离子的去除方法：在含有重金属离子的大体积污水中，加入一定量纤维素包覆的磁流体，吸附一段时间后，磁流体逐渐沉降，利用容器底部的外加磁场分离固体和液体。2、根据权利要求1所述的一种大体积污水中重金属离子的去除方法，其特征在于：所述步骤a中，四水合氯化亚铁与六水合氯化铁的摩尔比为5∶1～1∶20，氢氧化钠的浓度为1g/100mL～30g/100mL，离心转速为300～3000r/min，离心时间为1～40min。3、根据权利要求1所述的一种大体积污水中重金属离子的去除方法，其特征在于：所述步骤b中，在磁流体水洗两遍后，需要立即加入适量纤维素溶液。纤维素的种类包括羟丙基纤维素、羟丙甲纤维素酞酸酯、羟丙甲纤维素醋酸琥珀酸酯、邻苯二甲酸羟丙甲纤维素酯、羟丙甲纤维素、甲基纤维素等；低速离心为1000-2000r/min离心1-30min；高速离心为5000-30000r/min离心1-30min.4、根据权利要求1所述的一种大体积污水中重金属离子的去除方法，其特征在于：所述步骤c中，吸附时间为0.1～48h；吸附饱和后，纤维素包覆的磁流体由分散良好的流体状态转变为易于沉降、易于通过外加磁场实现固液分离的团聚状态。本专利技术具有如下的优点：1、本专利技术通过控制氢氧化钠和纤维素的浓度、反应时间、离心程序等，得到了粒径10nm以下、粒径分布窄、表面富含大量氢键作用位点的纤维素包覆的磁流体。在吸附饱和之前，纤维素包覆的磁流体一直呈分散良好的流体状态，这种分散状态保证了材料对重金属离子较高的吸附容量和较快的吸附动力学。2、当吸附达到饱和后，纤维素包覆的磁流体会转变为易于沉降、易于通过外加磁场实现固液分离的团聚状态。而这一特性在大体积污水处理时具有独特优势，因为沉降到底部的智能型磁流体可以通过在容器底部施加的外部磁场，轻松地实现固相与液相的分离。从而解决当磁性材料用在大体积(100升以上)污水的处理时，无法通过外加磁场将吸附了重金属离子的磁性材料从大体积的污水中分离出来的难题。3、纤维素包覆的磁流体这种从分散良好的流体状态，转变为易于沉降、易于通过外加磁场实现固液分离的团聚状态的特性，恰好可以用于指示磁性材料是否吸附饱和，从而既能够保证污水的处理效果，又不会造成材料的浪费。附图说明图1是外加磁场的影响：a为磁流体、b为纤维素包覆的磁流体、c为磁流体加入铜离子后、d为纤维素包覆的磁流体加入铜离子后(施加外部磁场5s、8s、11s、14s、17s、20s、23s)。具体实施方案一、制备实例以下实施例为本专利技术的一些举例，不应被看做是对本专利技术的限定。实施例1a、磁流体的制备：将1g四水合氯化亚铁与2.7g六水合氯化铁加入到蒸馏水中溶解，然后加入15mL氢氧化钠溶液，超声反应30min，以3000r/min的转速离心2min，弃去上清液，固体用蒸馏水洗两遍；b、纤维素包覆的磁流体的制备：在磁流体中加入5mL浓度为0.6％的羟丙基纤维素溶液，超声反应1h后，1500r/min离心2min后弃去沉淀物，然后以10000r/min离心30min，弃去上清液，所得固体重新超声分散均匀；c、大体积污水中重金属离子的去除方法：在500L含有重金属离子的大体积污水中，加入10mL纤维素包覆的磁流体，吸附1h后，磁流体逐渐沉降，利用容器底部的外加磁场分离固体和液体。实施例2a、磁流体的制备：将1g四水合氯化亚铁与2.7g六水合氯化铁加入到蒸馏水中溶解，然后加入15mL氢氧化钠溶液，超声反应30min，以300本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大体积污水中重金属离子的去除方法，包括如下步骤：/na、磁流体的制备：将适量的四水合氯化亚铁与六水合氯化铁加入到蒸馏水中溶解，然后加入适量的氢氧化钠溶液，超声反应一段时间后，离心，弃去上清液，固体用蒸馏水洗两遍；/nb、纤维素包覆的磁流体的制备：在磁流体水洗两遍后，立即加入适量纤维素溶液，超声反应一段时间后，低速离心后弃去沉淀物，最后高速离心后弃去上清液，所得固体重新超声分散均匀；/nc、大体积污水中重金属离子的去除方法：在含有重金属离子的大体积污水中，加入一定量纤维素包覆的磁流体，吸附一段时间后，磁流体逐渐沉降，利用容器底部的外加磁场分离固体和液体。/n

【技术特征摘要】
1.一种大体积污水中重金属离子的去除方法，包括如下步骤：
a、磁流体的制备：将适量的四水合氯化亚铁与六水合氯化铁加入到蒸馏水中溶解，然后加入适量的氢氧化钠溶液，超声反应一段时间后，离心，弃去上清液，固体用蒸馏水洗两遍；
b、纤维素包覆的磁流体的制备：在磁流体水洗两遍后，立即加入适量纤维素溶液，超声反应一段时间后，低速离心后弃去沉淀物，最后高速离心后弃去上清液，所得固体重新超声分散均匀；
c、大体积污水中重金属离子的去除方法：在含有重金属离子的大体积污水中，加入一定量纤维素包覆的磁流体，吸附一段时间后，磁流体逐渐沉降，利用容器底部的外加磁场分离固体和液体。


2.根据权利要求1所述的一种大体积污水中重金属离子的去除方法，其特征在于：所述步骤a中，四水合氯化亚铁与六水合氯化铁的摩尔比为5∶1～1∶20，氢氧化钠的浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖得力，王紫嫣，吴婴，
申请(专利权)人：中国药科大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32