一種鉻吸附劑及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及重金屬去除技術(shù)領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種鉻吸附劑及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]重金屬是一類(lèi)比重大于4g/cm3的金屬元素，現(xiàn)有的重金屬約有60種。隨著人類(lèi)活動(dòng)的加劇，大量的重金屬通過(guò)各種形式進(jìn)入到環(huán)境中，導(dǎo)致水體、土壤中的重金屬濃度超過(guò)天然濃度，造成了重金屬污染。
[0003]重金屬主要來(lái)源于化工、造紙、采礦、印染行業(yè)。這些行業(yè)生產(chǎn)的廢水排放到天然水體中，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞。廢水中的重金屬一旦被水生生物吸收便不能被降解，它會(huì)通過(guò)食物鏈累積和富集，又通過(guò)飲水和食物鏈，最終進(jìn)入人體，危害人體健康。水體中重金屬的毒性與重金屬的價(jià)態(tài)有直接的關(guān)系，通常六價(jià)鉻的毒性是三價(jià)鉻的500倍，三價(jià)砷的毒性是五價(jià)砷的25-60倍。
[0004]鉻是一種重要的環(huán)境污染物，主要來(lái)源于化工、冶金及印染等行業(yè)排放的廢水中。在自然界中，鉻的形式有多種，但在水體中主要以Cr( VI)陰離子形式存在，受水體中pH值、氧化還原物質(zhì)、溫度和其他因素的影響，鉻會(huì)發(fā)生價(jià)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化。三價(jià)鉻毒性很小，但六價(jià)鉻是致癌物質(zhì)。鉻的各種化合物會(huì)通過(guò)飲水及飲食等途徑進(jìn)入人體，進(jìn)而在人體內(nèi)蓄積，對(duì)人體造成一定程度的危害，嚴(yán)重的威脅了人類(lèi)的健康。
[0005]我國(guó)規(guī)定飲用水中Cr ( VI)的最高濃度為0.05mg/L,地表水的Cr ( VI)濃度小于
0.lmg/L，工業(yè)水中Cr( VI)排放量為0.25mg/L。目前對(duì)鉻的處理方法有很多，有的已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，有的還不成熟，處于實(shí)驗(yàn)研究階段。我國(guó)對(duì)六價(jià)鉻的處理方式主要采用還原-沉淀法，首先把六價(jià)鉻離子還原為三價(jià)鉻離子，然后加堿液使三價(jià)鉻以Cr (OH) 3沉淀的形式將鉻除去。該方法操作簡(jiǎn)單，但產(chǎn)生大量的廢渣，易造成二次污染。因此選用合適的處理方式已成為研究的熱點(diǎn)。
[0006]現(xiàn)有的重金屬離子的去除方法有很多，以化學(xué)沉淀法、吸附法、離子交換法、氧化法等最為常見(jiàn)。
[0007]氧化法通常與其他方法結(jié)合使用，大氣中的氧氣是最常用的，雖然氧化法具有成本低、反應(yīng)后無(wú)副產(chǎn)物的優(yōu)點(diǎn)，但是氧化過(guò)程非常緩慢，周期比較長(zhǎng)。
[0008]沉淀法是最常見(jiàn)、較傳統(tǒng)的重金屬去除方法，該方法是將重金屬離子轉(zhuǎn)變成沉淀，然后把沉淀物從中分離，從而除去水中的重金屬離子。常選用氫氧化物沉淀劑和硫化物沉淀劑，但氫氧化物沉淀法會(huì)產(chǎn)生大量的淤泥、進(jìn)而堵塞管道，硫化物沉淀可能造成水體的二次污染?；瘜W(xué)沉淀法只適用于處理濃度較高的重金屬?gòu)U水，它可以作為水的深度凈化的預(yù)處理階段。
[0009]離子交換法是利用離子交換將廢水中的重金屬離子提取到交換劑上，以除去重金屬。最常用的就是離子交換樹(shù)脂，陽(yáng)離子型交換樹(shù)脂用來(lái)去除重金屬陽(yáng)離子，陰離子型交換樹(shù)脂用來(lái)除去重金屬陰離子。采用離子交換法去除重金屬可以實(shí)現(xiàn)水的深度凈化，但成本高于其他方法，因此不能用于處理大規(guī)模的污水。
[0010]吸附法主要是利用不溶性的且比表面積高的固體材料作為吸附劑，利用物理吸附、化學(xué)吸附等機(jī)理將水體中的重金屬化合物吸附在吸附劑的表面，進(jìn)而除去重金屬。吸附技術(shù)是一種非常具有發(fā)展前景的處理方法，因?yàn)槲椒ㄖ形絼┑姆N類(lèi)繁多，如常見(jiàn)的氧化鋁、活性炭、沸石等；操作簡(jiǎn)單、無(wú)污染；再生能力好，可重復(fù)使用。因此吸附法是飲用水中除鉻的首選方法。
[0011]氧化鋁具有較大的比表面積、特殊的孔結(jié)構(gòu)、較高的熱穩(wěn)定性及合適的等電點(diǎn)，可作為吸附劑去除水中的重金屬，但水中存在的競(jìng)爭(zhēng)離子會(huì)抑制氧化鋁的吸附性能。而稀土氧化物對(duì)于多種陰離子均表現(xiàn)出了較強(qiáng)的吸附能力，二氧化鈰是稀土氧化物中含量最豐富，價(jià)格相對(duì)便宜、溶解度最低的吸附劑，但稀土元素鈰會(huì)使得吸附成本較高。為了進(jìn)一步降低成本并有效的利用二氧化鈰，可以將二氧化鈰負(fù)載在氧化鋁上形成一種新的吸附劑來(lái)去除溶液中的重金屬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問(wèn)題和/或缺陷，并提供至少一個(gè)后面將說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。
[0013]本發(fā)明還有一個(gè)目的提供了一種水中鉻的去除方法。
[0014]本發(fā)明還有一個(gè)目的是采用吸附法除去水中的鉻，具有操作簡(jiǎn)單、無(wú)污染；再生能力好，可重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)。
[0015]本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供的吸附法除去水中鉻的吸附劑為二氧化鈰負(fù)載的納米氧化鋁，充分結(jié)合了氧化鋁比表面積大和二氧化鈰吸附效率高的優(yōu)勢(shì)。
[0016]為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種鉻吸附劑，其特征在于，其是以納米氧化鋁作為吸附劑的基質(zhì)，稀土鈰的硝酸鹽溶液作為活性組分，使用等體積浸漬法將所述稀土鈰的硝酸鹽溶液負(fù)載在所述納米氧化鋁的表面上，然后經(jīng)過(guò)煅燒而得到的。
[0017]納米氧化鋁具有較大的比表面積、特殊的孔結(jié)構(gòu)、較高的熱穩(wěn)定性及合適的等電點(diǎn)，可作為吸附劑去除水中的重金屬，但水中存在的競(jìng)爭(zhēng)離子會(huì)抑制氧化鋁的吸附性能。而稀土氧化物對(duì)于多種陰離子均表現(xiàn)出了較強(qiáng)的吸附能力，二氧化鈰是稀土氧化物中含量最豐富，價(jià)格相對(duì)便宜、溶解度最低的吸附劑，但稀土元素鈰會(huì)使得吸附成本較高。為了進(jìn)一步降低成本并有效的利用二氧化鈰，因此可以將二氧化鈰負(fù)載在氧化鋁上形成一種新的吸附劑來(lái)去除溶液中的重金屬。
[0018]一種所述的鉻吸附劑的應(yīng)用，包括以下步驟:
[0019]步驟一、鉻吸附劑的制備:稱取一定量的六水合硝酸亞鈰溶于蒸餾水配制成硝酸亞鈰溶液，按照一定的負(fù)載量，采用等體積浸漬法將納米氧化鋁加入所述硝酸亞鈰溶液中，在室溫下攪拌10?20h后置于60?120°C的烘箱內(nèi)進(jìn)行干燥，獲得干燥后樣品；將所述干燥后樣品置于300?800°C的馬弗爐中煅燒2?6h，獲得鉻吸附劑；
[0020]步驟二、配制一系列不同濃度的重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用分光光度法在一定的波長(zhǎng)下測(cè)定所述不同濃度的重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線；
[0021]步驟三、用0.lmol/L的HCl或NaOH將待測(cè)鉻溶液的pH值調(diào)節(jié)到1.0?10.0，稱取0.5g所述鉻吸附劑，將其加入到10mL所述待測(cè)鉻溶液中，在室溫下連續(xù)攪拌30?180min后進(jìn)行過(guò)濾，獲得吸附后溶液，分別測(cè)量所述待測(cè)鉻溶液和所述吸附后溶液的吸光度，將所述吸附后溶液的吸光度代入到所述標(biāo)準(zhǔn)曲線中，計(jì)算所述吸附后溶液中鉻的濃度，并計(jì)算吸附率；
[0022]其中，所述負(fù)載量為二氧化鈰與氧化鋁的質(zhì)量比。
[0023]pH會(huì)影響溶液中六價(jià)鉻的存在形式和鉻吸附劑的表面電荷，因此需要選擇適宜的pH值。
[0024]優(yōu)選的是，其中，所述負(fù)載量為O?20%。為了降低成本并保證鉻的去除率，因此選擇適宜的負(fù)載量。
[0025]優(yōu)選的是，其中，所述等體積浸漬法中，所述硝酸亞鈰溶液的體積的計(jì)算公式為:
[0026]V = PvXm ；
[0027]其中，Pv為所述納米氧化鋁的孔體積為納米氧化鋁的質(zhì)量。
[0028]優(yōu)選的是，其中，所述波長(zhǎng)為500nmo
[0029]優(yōu)選的是，其中，所述步驟一中的煅燒溫度為400?600°C。
[0030]優(yōu)選的是，其中，所述步驟一中的煅燒時(shí)間為4h。煅燒溫度會(huì)影響硝酸亞鈰轉(zhuǎn)化二氧化鈰過(guò)程中，二氧化鈰晶型的轉(zhuǎn)變，因此選擇400?600°C的煅燒溫度。
[0031]優(yōu)選的是，其中，所述步驟一中的攪拌時(shí)間為12?15h?？蓪?shí)現(xiàn)納米氧化鋁的表面更均勻的浸漬上硝酸亞鈰溶液。
[0032]優(yōu)選的是，其中，所述步驟三的攪拌時(shí)間為100?120min。為了實(shí)現(xiàn)飽和吸附，即達(dá)到最大的吸附率，因此需要適宜的攪拌時(shí)間。
[0033]優(yōu)選的是，所述步驟三中pH值為2.0?5.0。酸性條件下，Cr ( VI)在溶液中主要以Cr2O72和HCrO4形式存在，二氧化鈰的等電點(diǎn)為6.7，氧化鋁的等電點(diǎn)為8，這時(shí)吸附劑的表面帶正電荷，帶正電荷的吸附劑可吸附溶液中的陰離子。隨著PH值上升，吸附劑表面質(zhì)子化程度逐漸降低，正電荷減少，造成吸附劑與吸附質(zhì)之間的靜電作用力減弱。同時(shí)溶液中的OH濃度不斷增加，OH與溶液中CrO42陰離子發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，最終導(dǎo)致吸附量降低，這表明增加PH值會(huì)降低吸附劑對(duì)鉻離子的吸附。綜合以上結(jié)果可知，吸附劑在pH為3時(shí)吸附量達(dá)到最大值，最佳pH范圍為酸性。
[0034]本發(fā)明至少包括以下有益效果:
[0035]1、在本發(fā)明中，納米氧化鋁具有較大的比表面積、特殊的孔結(jié)構(gòu)、較高的熱穩(wěn)定性及合適的等電點(diǎn)，可作為吸附劑去除水中的重金屬，但水中存在的競(jìng)爭(zhēng)離子會(huì)抑制氧化鋁的吸附性能。而稀土氧化物對(duì)于多種陰離子均表現(xiàn)出了較強(qiáng)的吸附能力，二氧化鈰是稀土氧化物中含量最豐富，價(jià)格相對(duì)便宜、溶解度最低的吸附劑，但稀土元素鈰會(huì)使得吸附成本較高。為了進(jìn)一步降低成本并有效的利用二氧化鈰，因此可以將二氧化鈰負(fù)載在氧化鋁上形成一種新的吸附劑來(lái)去除溶液中的重金屬。
[0036]2、本發(fā)明以納米氧化鋁作為吸附劑的基質(zhì)，稀土鈰的鹽溶液作為活性組分，使用等體積浸漬法，并選擇合適的負(fù)載量，將所述稀土鈰的硝酸鹽溶液負(fù)載在所述納米氧化鋁的表面上，然后經(jīng)過(guò)煅燒而得到鉻吸附劑，并用于吸附水中的重金屬六價(jià)鉻，不僅具有良好的吸附效果，而且有助于降低成本。
[0037]3、本發(fā)明采用吸附法除去水中的重金屬鉻，吸附后的吸附劑可以用一定濃度的氫氧化鈉進(jìn)行解析，使得吸附劑可重復(fù)利用，因此本發(fā)明提供的鉻吸附劑具有操作簡(jiǎn)單、無(wú)污染、再生能力好、可重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)。
[0038]4、本發(fā)明提供的吸附法除去水中鉻的吸附劑為二氧化鈰負(fù)載的納米氧化鋁，充分結(jié)合了氧化鋁比表面積大和二氧化鈰吸附效率高的優(yōu)勢(shì)。
【附圖說(shuō)明】
[0039]圖1為本發(fā)明不同濃度的重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書(shū)文字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0041]以下實(shí)施例均采用比表面積為300m2/g，孔體積為0.80cm3/g的納米氧化鋁。
[0042]<實(shí)施例1>
[0043](I)、配制一系列不同濃度的重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用分光光度法在一定的波長(zhǎng)下測(cè)定所述不同濃度的重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線；
[0044](2)、稱取0.5g納米氧化鋁，將其加入到10mL濃度為0.5mg/L的待測(cè)鉻溶液中，在室溫下連續(xù)攪拌120min后進(jìn)行過(guò)濾，獲得吸附后溶液，分別測(cè)量所述待測(cè)鉻溶液和所述吸附后溶液的吸光度，將所述吸附后溶液的吸光度代入到所述標(biāo)準(zhǔn)曲線中，計(jì)算所述吸附后溶液中鉻的濃度，并計(jì)算吸附率；
[0045]圖1為一系列不同濃度重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上可以讀出吸附后溶液的濃度為0.3mg/L，其吸附率為40%。
[0046]<實(shí)施例2>
[0047]本實(shí)施例提供的鉻吸附劑是以納米氧化鋁作為吸附劑的基質(zhì)，稀土鈰的硝酸鹽溶液作為活性組分，使用等體積浸漬法將所述稀土鈰的硝酸鹽溶液負(fù)載在所述納米氧化鋁的表面上，然后經(jīng)過(guò)煅燒而得到的。