一种碱中和方法制备的施威特曼石及其应用技术

本发明专利技术公开了一种碱中和方法制备的施威特曼石及其应用，属于污水处理领域。本发明专利技术通过碱中和的方法制备的施威特曼石，其颗粒更小，比表面积更大，硫酸根官能团更多，应用于水中Cr(VI)的去除时，通过控制Cr(VI)溶液的pH，能够溶出更大量的硫酸根官能团，从而高效去除水中Cr(VI)。该方法操作简单，成本低，反应时间短，对环境不会产生二次污染，在去除水中Cr(VI)等重金属具有良好的应用前景。(VI)等重金属具有良好的应用前景。(VI)等重金属具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种碱中和方法制备的施威特曼石及其应用


[0001]本专利技术属于污水处理领域，具体涉及一种碱中和方法制备的施威特曼石及其应用。

技术介绍

[0002]铬是一种多价态的金属离子，广泛存在于自然界中，有二价、三价和六价。由于二价铬不稳定，故铬主要以正三价Cr(III)和正六价Cr(VI)两种形态存在，其价态不同对环境的影响和生物效应不同。其中三价铬是人体必需的微量元素，在正常补给剂量下无毒；而六价铬易穿过细胞膜被人体吸收，干扰人体的正常生理过程，对人体的皮肤、粘膜等有很强腐蚀性和致癌性，是致癌和致突变的诱发因子，其毒性比Cr(III)大100倍，已被国家列为优先处理的污染物。
[0003]目前去除水中Cr(VI)的常用的处理方法包括氧化还原沉淀法、离子交换法、生物法和吸附法等其中化学沉淀法通过引入还原剂将Cr(VI)离子转化为Cr(III)，再加入碱将Cr(III)离子转化为Cr(OH)3沉淀，实现铬的去除。虽然该方法简单易行，但难以将Cr(III)离子的浓度降低到饮用水标准，且处理过程中会产生大量的污泥；离子交换法所使用的化学试剂量过高、分离比较困难且成本高；生物法需要特定的微生物菌种，对处理要求高；吸附法是利用吸附剂对重金属离子进行吸附、配位等原理实现对重金属离子的去除，此方法具有成本低、操作简单、高效、吸附量大且部分吸附剂具有良好的循环再生性的优点，被广泛应用，目前用于重金属离子去除的常见吸附剂包括沸石、活性炭、介孔二氧化硅、生物吸附剂等。
[0004]施威特曼石(Sch)是一种羟基硫酸铁矿物，普遍存在于酸性矿山废水中。施威特曼石能够通过吸附或共沉淀行为清除周边环境中重金属，影响着水体及周围土壤中污染物的迁移归趋，具有巨大的应用前景。研究发现，Sch的比表面积以及硫酸根官能团等结构性质是影响Cr(VI)吸附的主要因素。
[0005]目前，施威特曼石的制备方法主要包括生物法和化学合成法，生物法合成施威特曼石的方法中，所用菌种极易受到外界环境条件的影响，影响施威特曼石的制备速率；公开号为CN110152689A的中国专利技术专利公开了一种高产率的施威特曼石的化学合成方法并用于去除水体中的四环素，但其比表面积仍然较小，不利于Cr(VI)的大量吸附。
[0006]因此，需要改进施威特曼石的合成方法以制备更大比表面积的施威特曼石，并用于去除水中的Cr(VI)。

技术实现思路

[0007]1.专利技术目的
[0008]本专利技术的目的是为了解决现有技术中化学合成的施威特曼石比表面积小及水中Cr(VI)的去除问题，提供一种碱中和方法制备对Cr(VI)表现出良好的吸附活性的施威特曼石，并同时提供一种高效去除水中Cr(VI)的方法。
[0009]2.技术方案
[0010]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0011]本专利技术提供了一种施威特曼石的制备方法，包括如下步骤：
[0012]向含Fe
2+
溶液中加入H2O2，每隔20～40min用碱液调节pH至2.5～2.7，振荡反应，反应结束后过滤，洗涤沉淀物，获得施威特曼石。在形成施氏矿物的过程中，过酸的条件导致施威特曼石无法形成，李浙英等(2010)发现在化学合成施氏矿物反应体系中，溶液起始pH为5.08，在反应1h后pH已降低至2.15，至反应结束pH保持在1.84左右(李浙英.化学与生物成因施氏矿物的矿物学特征及其对水中As(Ⅲ)吸附去除效果的研究[D].南京:南京农业大学,2010.)，因此需要添加调节pH，但是铁氧体簇合物([FeO4Fe
12
(OH)
24
(H2O)
12
]7+
是最先形成的矿物前驱体，而后进一步转化为热力学更稳定的施氏矿物，这种前驱体的大小受SO
42
‑
和OH
‑
浓度的共同调控，SO
42
‑
会抑制其颗粒生长，使其尺寸变小，进而比表面积变大；相反，高浓度OH
‑
促进其尺寸的增大，经研究当pH≥2.9时，矿物为薄片状导致比表面积骤减；因此需要控制合适的OH
‑
浓度，本方案的pH 2.5～2.7时，生成的施威特曼石比表面积最大，针对上述产品的XRD图验证了合成的是施威特曼石(26.26
°
、35.16
°
、46.53
°
及61.34
°
的特征峰分别与施威特曼石的标准卡片相对应，说明施威特曼石制备成功，且施威特曼石的颗粒更小；红外分析谱图显示，施威特曼石相对来说表面SO
42
‑
丰度强，有利于与Cr(VI)的结合；且经测试得到，制备得到的施威曼特石的比表面积高达63.3m2/g～65.1m2/g。
[0013]优选地，上述碱液调节pH至2.7。
[0014]优选地，振荡反应的条件为150～200r/min反应20～30小时。
[0015]优选地，上述碱液调节每隔30min重复进行。
[0016]优选地，上述碱液为5M NaOH。
[0017]优选地，Fe
2+
溶液以FeSO4为铁源。
[0018]优选地，Fe
2+
与H2O2摩尔比为5.3：1，pH调控大幅度提高了体系中Fe和SO
42
‑
的利用率，使得施威特曼石的产量大幅度提高，这种制备方法节省Fe
2+
与H2O2用量。
[0019]优选的，上述过滤采用膜过滤。
[0020]本专利技术还提供了一种吸附剂，所述吸附剂通过上述方法制备而成。
[0021]本专利技术还提供了一种上述吸附剂在去除水中Cr(VI)的应用。
[0022]本专利技术还提供了一种上述吸附剂去除水中Cr(VI)的方法，包括以下步骤：
[0023]步骤(1)：调节Cr(VI)溶液的pH为3～5，在酸性条件下，Cr(VI)主要存在形式为铬酸(H2CrO4)或铬酸氢根离子(HCrO4‑
)，施威特曼石因为溶出SO
42
‑
和容易被溶液中H
+
离子质子化而带正电，对带负电的HCrO4‑
和CrO
42
‑
亲和性更高；
[0024]步骤(2)：加入上述的施威特曼石吸附剂进行吸附。
[0025]优选地，上述施威特曼石吸附剂的添加量为1～2g/L。
[0026]优选地，上述吸附在室温下进行即可。
[0027]3.有益效果
[0028]本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：
[0029](1)本专利技术的使用碱中和法制备的施威特曼石，如图1
‑
图3所示，通过添加碱液控制pH 2.5～2.7，避免过酸的条件导致施威特曼石无法形成，同样避免高浓度OH
‑
促进其尺寸的增大，与未添加碱液调控pH制备的普通Sch相比，其颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种施威特曼石的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：向含Fe
2+
溶液中加入H2O2，每隔20～40min用碱液调节pH至2.5～2.7，振荡反应，反应结束后过滤，洗涤沉淀物，获得施威特曼石。2.根据权利要求1所述的一种施威特曼石制备方法，其特征在于，碱液调节pH至2.7。3.根据权利要求1或2所述的一种施威特曼石制备方法，其特征在于，所述碱液调节每隔30min重复进行。4.根据权利要求3所述的一种施威特曼石制备方法，其特征在于，振荡反应的条件为150～200r/min反应20～30小时。5.根据权利要求4所述的一种施威特曼石制备方法，其特征在于，所述F...

【专利技术属性】
技术研发人员：周立祥，李婷，丁葆亭，
申请(专利权)人：南京贝克特环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：