一種鈰鹽改性甲殼類(lèi)廢棄物吸附劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過(guò)鈰鹽改性的甲殼類(lèi)廢棄物吸附劑的制備方法，屬于吸附劑制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]水體是人類(lèi)賴(lài)以生存的主要自然資源之一，隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，特別是隨著冶煉、采礦、電鍍、化工、電鍍、電子等行業(yè)的發(fā)展，以及固體廢棄物不合理填埋和堆放，使得各種重金屬污染物進(jìn)入水體，由于重金屬具有富集性，使其富集于動(dòng)植物體內(nèi)，累積于蔬菜、肉類(lèi)、魚(yú)類(lèi)、海鮮中，已嚴(yán)重威脅著人類(lèi)及其他生物的健康與生存。目前，水體重金屬污染已成為全球性上最嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題之一，而如何科學(xué)有效地解決重金屬對(duì)水體的污染已經(jīng)成為廣大環(huán)保工作者研究的熱點(diǎn)之一。
[0003]目前，用于去除重金屬離子的方法主要有沉淀、離子交換、膜技術(shù)等，但是這些技術(shù)的應(yīng)用有時(shí)受到工藝、經(jīng)濟(jì)及其會(huì)產(chǎn)生二次污染的限制。吸附法具有高效、簡(jiǎn)便和選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于重金屬?gòu)U水處理中。但工業(yè)上普遍使用的吸附劑價(jià)格昂貴，成為制約吸附法的主要因素，因此，開(kāi)發(fā)價(jià)格低廉、吸附性能好的吸附劑是吸附研究的一種重要方向。
[0004]蟹殼、蝦殼等甲殼類(lèi)是水產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)的固體廢棄物。隨著我國(guó)人工養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，這些甲殼類(lèi)廢棄物數(shù)量越來(lái)越多，有些企業(yè)對(duì)其的不合理處理處置，導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染。但是由于這類(lèi)甲殼類(lèi)廢棄物中所含的羥基、氨基等官能團(tuán)可以與溶液中金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物，可用來(lái)處理重金屬?gòu)U水，但是其吸附容量很低。因此，本發(fā)明根據(jù)“以廢治廢”的思路，對(duì)蟹殼、蝦殼等甲殼類(lèi)廢棄物進(jìn)行改性，制備一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保、吸附容量高的吸附劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有甲殼類(lèi)廢棄物利用技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種成本低廉、工藝簡(jiǎn)單的鈰鹽改性甲殼類(lèi)廢棄物吸附劑的制備方法，該方法能夠制備出吸附性能好的適宜去除水體中重金屬離子的甲殼類(lèi)廢棄物吸附劑。
[0006]本發(fā)明的鈰鹽改性甲殼類(lèi)廢棄物吸附劑的制備方法，包括以下步驟:
[0007](I)將甲殼類(lèi)廢棄物(蟹殼、蝦殼)置于濃度lmol/L的HCl溶液中浸泡4?6小時(shí)，然后用清水反復(fù)清洗至PH值為6.0?7.0，烘干，得到預(yù)處理原料；
[0008](2)將預(yù)處理原料在400?600°C反應(yīng)I?1.5小時(shí)，然后按預(yù)處理原料與氫氧化鉀質(zhì)量比1: 2?1:3的比例浸入質(zhì)量濃度為50%?80%的氫氧化鉀溶液中10?15小時(shí)，以0.5?0.8m3/小時(shí)的流量通入氮?dú)?，?0?20 °C/分鐘的升溫速度加熱至溫度700?800 °C，反應(yīng)1.5?2小時(shí)，關(guān)閉氮?dú)猓?br>[0009](3)將步驟(2)處理的原料冷卻后，在50?60 °C下浸泡于濃度為6%的HCl溶液中并不斷攪拌，2?4小時(shí)后，過(guò)濾，再用70?80°C蒸餾水清洗，最后用蒸餾水清洗至pH值6.5?7.0，烘干；
[0010](4)在40 °C?60 °C條件下，將步驟(3)所得產(chǎn)品以質(zhì)量比為2:1?4:1的比例置于質(zhì)量濃度8 %?12 %的硝酸鈰溶液中浸泡，3?6小時(shí)，冷卻至室溫過(guò)濾，得到固體顆粒；
[0011](5)將固體顆粒在60?70°C干燥20?25小時(shí)，然后熱處理，冷卻后用蒸餾水清洗，烘干，制到鈰鹽改性甲殼類(lèi)廢棄物吸附劑。
[0012]所述步驟⑴中甲殼類(lèi)廢棄物(蟹殼、蝦殼)與HCl溶液的比例為Ig: 15mL?25mL。
[0013]所述步驟(I)、步驟(3)和步驟(5)中的烘干溫度為65?75°C。
[0014]所述步驟(2)中氫氧化鉀溶液的濃度為60%。
[0015]所述步驟(2)中的預(yù)處理原料在500°C反應(yīng)1.5小時(shí)，通入氮?dú)夂笤?00°C反應(yīng)2小時(shí)。
[0016]所述步驟(3)中的原料按照質(zhì)量比為1:10?20的比例浸泡于HCl溶液中。
[0017]所述步驟(5)中熱處理是指在氬氣保護(hù)下100?120°C熱處理30?60分鐘，在空氣中80?100°C熱處理60?90分鐘。
[0018]所述步驟(5)中熱處理是指在氬氣保護(hù)下的熱處理溫度為120°C，熱處理時(shí)間為45分鐘;在空氣中的熱處理溫度為100 °C，熱處理時(shí)間為60分鐘。
[0019]本發(fā)明通過(guò)鈰鹽改性制備甲殼類(lèi)廢棄物吸附劑，該吸附劑比普通的甲殼類(lèi)廢棄物具有更高的重金屬去除率。本發(fā)明具有如下特點(diǎn):
[0020](I)所采用的原材料甲殼類(lèi)廢棄物來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，可生物降解，環(huán)境屬性良好，可有效降低廢水的處理成本。
[0021](2)制備的甲殼類(lèi)廢棄物吸附劑與原材料相比，對(duì)重金屬的吸附效果顯著提高，對(duì)于重金屬工業(yè)廢水的處理以及水環(huán)境的改善具有重要的意義。
[0022](3)使用鈰鹽改性甲殼類(lèi)廢棄物制備吸附劑，可為甲殼類(lèi)廢棄物的綜合利用提供新的途徑，減少了廢棄物排放所造成的環(huán)境污染。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例1
[0024](I)將50g蟹殼置于100mL在lmol/L的HCl溶液中浸泡5小時(shí)，然后用清水反復(fù)清洗至pH值為6.0，置于70°C烘箱中烘干，得到預(yù)處理原料。
[0025](2)將預(yù)處理原料在500 °C反應(yīng)1.2小時(shí)，然后按預(yù)處理原料與氫氧化鉀質(zhì)量比1:2浸入質(zhì)量濃度為50%的氫氧化鉀溶液中，浸漬時(shí)間為15小時(shí)，以0.7m3/小時(shí)的流量通入氮?dú)猓?0 °C /分鐘的升溫速度加熱至溫度700 0C，反應(yīng)2小時(shí)，關(guān)閉氮?dú)狻?br>[0026](3)產(chǎn)物冷卻后，在50°C下按照質(zhì)量比為1:10的比例浸泡于濃度為6%的HCl溶液中并不斷攪拌，3小時(shí)后，過(guò)濾，再用80°C蒸餾水清洗3次，最后用蒸餾水清洗至pH值6.5，70°C溫度條件下干燥。
[0027](4)在50°C條件下，將上述產(chǎn)品以質(zhì)量比為2:1的比例置于質(zhì)量濃度為10%的硝酸鈰溶液中浸泡4小時(shí)。
[0028](5)將上述混合液冷卻至室溫，過(guò)濾，固體顆粒置于電熱恒溫干燥箱內(nèi)，溫度控制在70°C干燥20小時(shí)后，在氬氣保護(hù)下100°C熱處理30分鐘，在空氣中80°C熱處理60分鐘，冷卻，用蒸餾水清洗，置于70°C烘箱中烘干，得到鈰鹽改性蟹殼吸附劑(CAC1)。
[0029]將0.2g CACl置于10mL濃度為2mg//L的含砷廢水(pH為5.5)中，置于搖床上振蕩，轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分鐘。24小時(shí)后，抽取上清液，使之經(jīng)過(guò)0.45ym PTFE膜過(guò)濾，用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定濾液中剩余砷離子濃度，得到CACl對(duì)砷的吸附容量為0.924mg/go
[0030]實(shí)施例2
[0031](I)將50g甲魚(yú)殼置于750mL在lmol/L的HCl溶液中浸泡6小時(shí)，然后用清水反復(fù)清洗至PH值為7.0，置于65 °C烘箱中烘干，得到預(yù)處理原料。
[0032](2)將預(yù)處理原料在600°C反應(yīng)I小時(shí)，然后按預(yù)處理原料與氫氧化鉀質(zhì)量比1:2.5浸入質(zhì)量濃度為60%的氫氧化鉀溶液中，浸漬時(shí)間為12小時(shí)，以0.5m3/小時(shí)的流量通入氮?dú)?，?0°C/分鐘的升溫速度加熱至溫度800°C，反應(yīng)1.5小時(shí)，關(guān)閉氮?dú)狻?br>[0033](3)產(chǎn)物冷卻后，在60°C下按照質(zhì)量比為1: 20的比例浸泡于濃度為6 %的HCl溶液中并不斷攪拌，2小時(shí)后，過(guò)濾，再用70°C蒸餾水清洗3次，最后用蒸餾水清洗至pH值6.8，65°C溫度條件下干燥。
[0034](4)在60°C條件下，將上述產(chǎn)品以質(zhì)量比為4:1的比例置于質(zhì)量濃度為8%的硝酸鈰溶液中浸泡6小時(shí)。
[0035](5)將上述混合液冷卻至室溫，過(guò)濾，固體顆粒置于電熱恒溫干燥箱內(nèi)，溫度控制在65°C干燥23小時(shí)后，在氬氣保護(hù)下120 °C熱處理45分鐘，在空氣中100 °C熱處理80分鐘，冷卻，用蒸餾水清洗，置于65°C烘箱中烘干，得到鈰鹽改性甲魚(yú)殼吸附劑(CAC2)。
[0036]將0.2g CACl置于10mL濃度為2mg/L的含砷廢水(pH值為6.0)中，置于搖床上振蕩，轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分鐘。36小時(shí)后，抽取上清液，使之經(jīng)過(guò)0.45ym PTFE膜過(guò)濾，用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定濾液中剩余砷離子濃度，得到CACl對(duì)砷的吸附容量為0.936mg/go
[0037]實(shí)施例3
[0038](I)將50g蝦殼置于1250mL在lmol/L的HCl溶液中浸泡4小時(shí)，然后用清水反復(fù)清洗至pH值為6.5，置于75 °C烘箱中烘干，得到預(yù)處理原料。
[0039](2)將預(yù)處理原料在400°C反應(yīng)1.5小時(shí)，然后按預(yù)處理原料與氫氧化鉀質(zhì)量比1:3浸入質(zhì)量濃度為80%的氫氧化鉀溶液中，浸漬時(shí)間為10小時(shí)，以0.8m3/小時(shí)的流量通入氮?dú)?，?5°C/分鐘的升溫速度加熱至溫度7500C，反應(yīng)1.8小時(shí)，關(guān)閉氮?dú)狻?br>[0040](3)產(chǎn)物冷卻后，在55 °C下按照質(zhì)量比為1: 15的比例浸泡于濃度為6 %的HCI溶液中并不斷攪拌，4小時(shí)后，過(guò)濾，再用75°C蒸餾水清洗3次，最后用蒸餾水清洗至pH值7，75°C溫度條件下干燥。
[0041](4)在40°C條件下，將上述產(chǎn)品以質(zhì)量比為3:1的比例置于質(zhì)量濃度為12%的硝酸鈰溶液中浸泡3小時(shí)。
[0042](5)將上述混合液冷卻至室溫，過(guò)濾，固體顆粒置于電熱恒溫干燥箱內(nèi)，溫度控制在60°C干燥25小時(shí)后，在氬氣保護(hù)下110°C熱處理60分鐘，在空氣中90°C熱處理90分鐘，冷卻，用蒸餾水清洗，置于75°C烘箱中烘干，得到鈰鹽改性蝦殼吸附劑(CAC3)。
[0043]將0.2g CACl置于10mL濃度為2mg//L的含砷廢水(pH為6.5)中，置于搖床上振蕩，轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分鐘。36小時(shí)后，抽取上清液，使之經(jīng)過(guò)0.45ym PTFE膜過(guò)濾，用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定濾液中剩余砷離子濃度，得到CACl對(duì)砷的吸附容量為0.922mg/go
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鈰鹽改性甲殼類(lèi)廢棄物吸附劑的制備方法，其特征是，包括以下步驟: (1)將甲殼類(lèi)廢棄物置于濃度Im01/L的HCl溶液中浸泡4?6小時(shí)，然后用清水反復(fù)清洗至pH值為6.0?7.0，烘干，得到預(yù)處理原料； (2)將預(yù)處理原料在400?600°C反應(yīng)I?1.5小時(shí)，然后按預(yù)處理原料與氫氧化鉀質(zhì)量比1: 2?1: 3的比例浸入質(zhì)量濃度為50 %?80 %的氫氧化鉀溶液中1?15小時(shí)，以0.5?0.8m3/小時(shí)的流量通入氮?dú)?，?0?20°C/分鐘的升溫速度加熱至溫度700?800°C，反應(yīng)1.5?2小時(shí)，關(guān)閉氮?dú)猓? (3)將步驟(2)處理的原料冷卻后，在50?600C下浸泡于濃度為6 %的HCl溶液中并攪拌，2?4小時(shí)后，過(guò)濾，再用70?800C蒸餾水清洗，最后用蒸餾水清洗至pH值6.5?7.0，烘干； (4)在400C?60 0C條件下，將步驟(3)所得產(chǎn)品以質(zhì)量比為2:1?4:1的比例置于質(zhì)量濃度8 %?12 %的硝酸鈰溶液中浸泡，3?6小時(shí)，冷卻至室溫過(guò)濾，得到固體顆粒； (5)將固體顆粒在60?700C干燥20?25小時(shí)，然后熱處理，冷卻后用蒸餾水清洗，烘干，制到鈰鹽改性甲殼類(lèi)廢棄物吸附劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈰鹽改性甲殼類(lèi)廢棄物吸附劑的制備方法，其特征是，所述步驟(I)中甲殼類(lèi)廢棄物與HCl溶液的比例為Ig: 15mL?25mL。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈰鹽改性甲殼類(lèi)廢棄物吸附劑的制備方法，其特征是，所述步驟(I)、步驟(3)和步驟(5)中的烘干溫度為65?75 °C。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈰鹽改性甲殼類(lèi)廢棄物吸附劑的制備方法，其特征是，所述步驟(2)中氫氧化鉀溶液的濃度為60%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈰鹽改性甲殼類(lèi)廢棄物吸附劑的制備方法，其特征是，所述步驟⑵中的預(yù)處理原料在500°C反應(yīng)1.5小時(shí)，通入氮?dú)夂笤?00°C反應(yīng)2小時(shí)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈰鹽改性甲殼類(lèi)廢棄物吸附劑的制備方法，其特征是，所述步驟(3)中的原料按照質(zhì)量比為I: 10?20的比例浸泡于HCl溶液中。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈰鹽改性甲殼類(lèi)廢棄物吸附劑的制備方法，其特征是，所述步驟(5)中熱處理是指在氬氣保護(hù)下100?120 °C熱處理30?60分鐘，在空氣中80?100 °C熱處理60?90分鐘。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈰鹽改性甲殼類(lèi)廢棄物吸附劑的制備方法，其特征是，所述步驟(5)中熱處理是指在氬氣保護(hù)下的熱處理溫度為120°C，熱處理時(shí)間為45分鐘；在空氣中的熱處理溫度為100 °C，熱處理時(shí)間為60分鐘。
【專(zhuān)利摘要】一種鈰鹽改性甲殼類(lèi)廢棄物吸附劑的制備方法，包括以下步驟：(1)將甲殼類(lèi)廢棄物置于HCl溶液中浸泡，清洗烘干，得到預(yù)處理原料；(2)將預(yù)處理原料浸入氫氧化鉀溶液中，通入氮?dú)?，?00～800℃反應(yīng)1.5～2小時(shí)；(3)將步驟(2)所得產(chǎn)物冷卻后浸泡于HCl溶液中，過(guò)濾，清洗，烘干；(4)將步驟(3)所得產(chǎn)品置于硝酸鈰溶液中浸泡，冷卻至室溫過(guò)濾，得到固體顆粒；(5)將固體顆粒干燥后熱處理，冷卻后用蒸餾水清洗，烘干，制到鈰鹽改性甲殼類(lèi)廢棄物吸附劑。本發(fā)明通過(guò)鈰鹽改性制備甲殼類(lèi)廢棄物吸附劑，該吸附劑比普通的甲殼類(lèi)廢棄物具有更高的重金屬去除率。
【IPC分類(lèi)】B01J20/30, B01J20/24, C02F1/28, C02F1/62
【公開(kāi)號(hào)】CN105709697
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610127526
【發(fā)明人】孫翠珍, 趙陽(yáng), 張志斌, 陳冬辰, 張曉蕊, 邱金偉, 張彥浩, 張惠
【申請(qǐng)人】山東建筑大學(xué)