基于铁基生物炭的重金属络合废水处理及其资源化工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种基于铁基生物炭的重金属络合废水处理及其资源化工艺，包括重金属络合废水处理工艺和重金属资源化处理工艺。重金属络合废水处理工艺包括：先添加铁基生物炭到重金属络合废水中发生吸附反应，然后添加氧化剂1发生催化破络合反应，完成后分离残渣和净化液，净化液排放，残渣送重金属资源化处理工艺。重金属资源化处理工艺包括：通过淋洗液对残渣进行淋洗，得到活化的铁基生物炭和含重金属的废液，活化的铁基生物炭重复利用，含重金属的废液加入氧化剂2发生氧化反应，再调节pH值，分离残渣和上清液，将上清液蒸干得高纯度的重金属盐。本发明专利技术解决现有技术中氧化效率低，重金属分离后难以资源化的问题，易于规模化推广应用。

【技术实现步骤摘要】
基于铁基生物炭的重金属络合废水处理及其资源化工艺
本专利技术涉及废水处理
，特别涉及一种基于铁基生物炭的重金属络合废水处理及其资源化工艺。
技术介绍
近年来，Cd(II)和Cd-EDTA有机衍生物对生态环境和人类安全的潜在不利影响引起了广泛关注(Sunetal.，2020；Zhaoetal.，2017)。为了满足日益严格的废水排放标准，Cd(II)废水的高效净化被认为是主要挑战之一(Lietal.，2020)。人们已通过吸附、离子交换、化学沉淀和混凝等技术去除废水中的Cd(II)(Vikrantetal.，2019)。因此，吸附法是一种有效、灵活的痕量污染物处理方法。此外，重金属有机衍生物(如Cd-EDTA)通常不以离子形式存在，这限制了传统沉淀方法的应用(Zhuetal.，2019)。然而，由于其在清洁、印刷电路板和电镀废水中的应用，这些顽固性Cd-EDTA络合物普遍存在于各种工业废水中，并且它们比游离Cd(II)对人类健康构成更大的风险(Yuanetal.，2020)。针对废水中难降解的Cd-EDTA络合物及其单体Cd(II)和EDTA，人们提出了各种相关策略，在众多策略中，“吸附固定化和催化氧化分解处理”因其显著的氧化效率和易于操作而最适合(Y.Chenetal.，2017；Zhuetal.，2019)。目前，有机组分包裹的纳米铁及其氧化物复合物(如nZVI-SH、nZVI-OH和各种MOF)由于其掺杂元素、多孔结构和大量活性位点被认为是降解重金属有机物的有利催化吸附剂(Q.Chenetal.，2020；Houetal.，2020)。然而，粉末形式的催化吸附剂很难从溶液中提取，这在很大程度上限制了它们在实际废水处理中的应用(Luoetal.，2021)。此外，工业废水中大量污泥的粘附往往会导致催化吸附剂的大量流失(Weietal.，2020)，这也是限制其广泛应用的最重要因素之一。因此，亟需开发一种新型重金属络合废水处理及其资源化工艺解决现有技术中废水处理氧化效率低，重金属分离后难以资源化的问题，具有十分重要的意义。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种基于铁基生物炭的重金属络合废水处理及其资源化工艺，解决现有技术中氧化效率低，重金属分离后难以资源化的问题，易于规模化推广应用。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于铁基生物炭的重金属络合废水处理及其资源化工艺，其特征在于，包括S1重金属络合废水处理工艺和S2重金属资源化处理工艺；所述S1重金属络合废水处理工艺包括如下步骤：S1-1、添加铁基生物炭(生物炭稳定剂)到重金属络合废水中发生吸附反应；S1-2、添加氧化剂1到S1-1反应液中发生催化破络合反应，反应完成后分离残渣1和净化液，所述净化液排放，所述残渣1送S2重金属资源化处理工艺；所述S2重金属资源化处理工艺包括如下步骤：S2-1、所述残渣1使用淋洗液淋洗，得到活化的铁基生物炭(活化的生物炭稳定剂)和含重金属的废液，所述活化的铁基生物炭循环使用；S2-2、添加氧化剂2到S2-1所述含重金属的废液中发生氧化反应，反应30-60min后调节溶液pH至3-5，分离残渣2和上清液，将所述上清液蒸干得高纯度重金属盐。进一步，优选的，所述铁基生物炭的制备方法包括如下步骤：(1)制备生物炭：将生物质晾干、研磨并过筛后，在用氮气净化10-30min的管式炉中以300-500℃温度(例如300℃、350℃、400℃、450℃、500℃)下低温碳化30-60min，自然冷却后，依次经稀酸、稀碱溶液处理，然后洗涤、干燥得生物炭；(2)制备铁和生物炭的混合物：将步骤(1)制得的生物炭分散在亚铁溶液中搅拌得铁和生物炭的混合物，其中碳与铁的质量百分比为0.1-3：1；(3)生物炭还原：调节步骤(2)混合物pH值为pH值不高于6，将所述混合物转移到连续搅拌回流装置中，在保护气氛下将质量百分比为0.01-10％的还原剂溶液连续滴入混合物中，滴加完后继续搅拌30-60min；(4)制备铁基生物炭：将羧基酸溶液加入到步骤(3)所得混合溶液中，在15-45℃温度下搅拌30-60min，通过外加磁场固液分离后得黑色固体物，然后将黑色固体物洗涤后置于空气条件下进行再氧化得铁基生物炭。优选的，所述稀酸浓度为1mol/L，所述稀减浓度为1mol/L。优选的，所述生物质为稻壳；和/或，所述亚铁溶液为硫酸亚铁、氯化亚铁和硝酸亚铁中的一种或多种，所述亚铁溶液pH值不高于6。优选的，所述还原剂为硼氢化钠、氯化亚锡、硼氢化钾和硫代硫酸钠中的一种或多种。优选的，所述羧基酸溶液为柠檬酸、草酸、甲酸和乙酸中的一种或多种，所述羧酸溶液浓度为1.0-5.0g/L。优选的所述铁基生物炭添加量为300-1000mg/L，所述氧化剂1添加量100-800mg/L，所述氧化剂1为双氧水。进一步，优选的，所述淋洗液为浓度为0.1-1.0mol/L的盐酸溶液。进一步，优选的，所述氧化剂2为氧气、双氧水和臭气中的一种或多种。进一步，优选的，所述重金属络合废水为含Cd-EDTA或Cd(II)的重金属络合废水。本专利技术上述方案有如下有益效果：1、工艺氧化效率高：目前很多氧化方法采用的是向水溶液中投加氧化剂进行氧化，氧化剂利用率低，本工艺采用制备的铁基生物炭处理重金属络合废水，能够实现重金属络合废水的初步吸附与催化氧化，提供了更多的活性位点，为氧化剂高效氧化提供了反应场所。2、工艺重金属截留率高：采用铁基生物炭处理重金属络合废水能够实现重金属络合物的吸附与原位氧化破络，原位氧化破络合后重金属原位吸附在铁基生物炭材料表面，由于铁基生物炭材料是通过低温氧化处理与后期的羧基基团化得到，使得铁基生物炭材料拥有极丰富的表面基团和孔隙率，能够高效的原位捕获重金属。3、活化的铁基生物炭重复利用率高：铁基生物炭剂采用低温碳化、原位沉积、还原再表面羧基化负载含氧基团。制备的铁基生物炭表面纳米铁颗粒分布均匀，富含磁性，表面覆盖了大量含氧基团，具有极高的稳定性，可实现材料的重复利用。4、工艺可得到高纯度的重金属盐，实现重金属资源回收利用：重金属络合废水处理后得到的含重金属废液送入重金属资源化工艺进一步氧化，提高溶液氧化还原电位，再通过pH调节剂调节溶液pH值(pH值3-5)，通过适宜氧化还原电位控制，可实现溶液中残渣和上清液的高效分离，并从上清液中得到高纯度的重金属盐，降低了污染物排放量，获得了有价资源回收利用。本专利技术通过先加铁基生物炭再加氧化剂发生催化破络合反应，实现高效的催化破络合，先加铁基生物炭提供载体让重金属络合物先吸附上去，这个过程一方面为后期氧化反应提供了反应场所，另一方面发挥了铁基生物炭本身的催化降解功能。重金属催化破络合后，重金属从络合状态变成离子状态，然后原位吸附在铁基碳材料表面，实现了重金属原位吸附，水溶液中重金属转移到了铁基生物炭表面，废水得到净化，吸附了重金属的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于铁基生物炭的重金属络合废水处理及其资源化工艺，其特征在于，包括S1重金属络合废水处理工艺和S2重金属资源化处理工艺；/n所述S1重金属络合废水处理工艺包括如下步骤：/nS1-1、添加铁基生物炭到重金属络合废水中发生吸附反应；/nS1-2、添加氧化剂1到S1-1反应液中发生催化破络合反应，反应完成后分离残渣1和净化液，所述净化液排放，所述残渣1送S2重金属资源化处理工艺；/n所述S2重金属资源化处理工艺包括如下步骤：/nS2-1、所述残渣1使用淋洗液淋洗，得到活化的铁基生物炭和含重金属的废液，所述活化的铁基生物炭循环使用；/nS2-2、添加氧化剂2到S2-1所述含重金属的废液中发生氧化反应，反应30-60min后调节溶液pH至3-5，分离残渣2和上清液，将所述上清液蒸干得高纯度重金属盐。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于铁基生物炭的重金属络合废水处理及其资源化工艺，其特征在于，包括S1重金属络合废水处理工艺和S2重金属资源化处理工艺；
所述S1重金属络合废水处理工艺包括如下步骤：
S1-1、添加铁基生物炭到重金属络合废水中发生吸附反应；
S1-2、添加氧化剂1到S1-1反应液中发生催化破络合反应，反应完成后分离残渣1和净化液，所述净化液排放，所述残渣1送S2重金属资源化处理工艺；
所述S2重金属资源化处理工艺包括如下步骤：
S2-1、所述残渣1使用淋洗液淋洗，得到活化的铁基生物炭和含重金属的废液，所述活化的铁基生物炭循环使用；
S2-2、添加氧化剂2到S2-1所述含重金属的废液中发生氧化反应，反应30-60min后调节溶液pH至3-5，分离残渣2和上清液，将所述上清液蒸干得高纯度重金属盐。


2.根据权利要求1所述的重金属络合废水处理及其资源化工艺，其特征在于，所述铁基生物炭的制备方法包括如下步骤：
(1)制备生物炭：将生物质晾干、研磨并过筛后，在用氮气净化10-30min的管式炉中以300-500℃温度低温碳化30-60min，自然冷却，依次经稀酸、稀碱溶液处理，然后洗涤、干燥得生物炭；
(2)制备铁和生物炭的混合物：将步骤(1)制得的生物炭分散在亚铁溶液中搅拌得铁和生物炭的混合物，其中碳与铁的质量比为0.1-3：1；
(3)生物炭还原：调节步骤(2)混合物pH值pH值不高于6，将所述混合物转移到连续搅拌回流装置中，在保护气氛下将质量百分比为0.01-10％的还原剂溶液连续滴入混合物中，滴加完后继续搅拌30-60min；
(4)制备铁基生物炭：将羧基酸溶液加入到步骤(3)所得混合溶液中，在15-45...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈润华，程钰莹，兰志强，董淮海，吴灵蕴，王娇，李四海，
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