CN101249415A

CN101249415A - 钡基吸附材料及其制备方法

Info

Publication number: CN101249415A
Application number: CNA2008100336089A
Authority: CN
Inventors: 郜洪文
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2008-08-27

Abstract

本发明利用含钡原料为骨架制备包合吸附材料。钡盐(氧化钡、氯化钡、碳酸钡)在胶体化剂介质中与硫酸或硫酸盐在水溶液中混合反应，以酸性红138有机物为包合材料，沉淀分离制备钡基吸附材料，用于通过吸附分离染料、有机污染物、重金属等，在工业废水处理、有用资源回收等领域有重要应用价值。该技术可以利用企业废水废物为原料，实现废物的资源化。原料价格便宜，制备方法简单，材料具有吸附性能好、吸附平衡时间短、使用成本低、应用范围广等优点。

Description

钡基吸附材料及其制备方法

技术领域：

本发明属于环境材料领域，具体地说，是一种工业废水中染料、有机污染物、重金属的吸附材料，适合于酸性、中性和碱性废水处理。

背景技术：

染料、医药、化工、冶炼、电镀等生产过程中产生了大量的废水排放到环境中，高浓度有机物、重金属给人类和生态环境带来严重灾难。例如，超过10000种的染料已商业化生产，其中使用量的5-10％排入水环境中。染料分子中大都含有芳香基结构，耐光、耐热、耐氧化，有些染料可引起过敏、皮炎、皮肤红肿，甚至可诱发癌症、基因突变等。目前市场上共有11种致癌性染料，按结构类型不同分为偶氮型、蒽醌型和三芳基甲烷型等，其中以偶氮型结构居多。因此，在进入自然水体前去除有机污染物变得尤为重要。有机物、重金属废水处理方法主要有物理法、化学法、生物法或几种方法联用。物理法主要包括：膜分离法、磁分离法及吸附法。膜分离法处理有机和颜色废水始于上世纪70年代初。但由于膜的价格较高，更换频率较快，因而处理成本较高，阻碍其大规模的工业应用。磁分离法是利用元素或组分磁敏感性的差异，借助外磁场将物质进行磁场处理，从而达到强化分离的过程，目前已成为一门新兴的水处理技术。吸附是利用表面具有多孔的一些固体作为吸附剂，当废水与吸附剂接触时，废水中一种或数种污染物被吸附在固体表面从而达到废水净化的目的。在有机废水处理中，吸附法主要用作预处理或生化后的深度处理。吸附法的应用范围比较广泛，没有专一选择性。吸附剂分为人工和天然吸附剂两种，常用的吸附剂有活性炭、氧化铝、木片、天然粘土、水稻磨粉废料、硅胶、氢氧化物、污泥、微生物活体或死细胞等。活性炭吸附是目前应用最广泛的有机和颜色废水处理方法，但活性炭价格相对较高，使用后需再生，并产生二次废水或导致吸附剂及吸附能力的损失，因此在使用上受到限制。树脂是具有立体结构的多孔海绵状热固性高分子材料，其性能易于控制，再生简单而在工业废水处理中广泛应用。一些天然资源和废弃物也可用作吸附剂。近十多年，膨润土在废水处理中的应用研究较为活跃。膨润土在我国储量大，价格便宜。但由于膨润土表面硅氧结构极强的亲水性及层间阳离子的水解，未经改性的膨润土吸附水中有机物的性能较差，直接用来处理废水，往往不能达到很好的效果。人们常用表面活性剂改性膨润土，改善膨润土的吸附性能。改性后的膨润土吸附性能可比原土可高出1～2个数量级。然而，有机膨润土用于有机废水处理时，容易产生表面活性剂脱附的现象，使得虽然废水中有机物浓度降低，但COD_Cr却没有降低，因此需要进一步与其他物质联用取得更好的去处效果。化学法主要分为混凝沉淀法、氧化法及电化学方法。混凝沉淀技术是对废水进行一级处理的主要步骤。它是利用染料本身的带电特性，将两种或多种带相反电荷的污水混和进行处理或者利用混凝剂与污水混和进行处理的一种技术。在絮凝沉淀过程中起主要作用的是絮凝剂，但传统的低分子量絮凝剂投放量大，产泥量多，不仅增加水厂的经济成本，而且使水中残余金属离子浓度升高，容易带来二次污染。常规的混凝剂在处理一些水溶性，特别是在处理阳离子染料、活性染料废水时，单独采用无机型絮凝剂的脱色效果不理想，一般需要使用无机絮凝药剂和高分子絮凝剂复合药剂进行处理。氧化法因不同的氧化体系而异分为化学氧化法和高级氧化法。化学氧化法是利用臭氧、氯以及含氧化合物等氧化剂，将染料的发色基因氧化破坏而脱色的处理工艺。臭氧对于偶氮染料具有很好的脱色作用，并且无污染，是一种良好的脱色剂，但使用成本较高。高级氧化技术包括湿式氧化法、Fenton试剂法以及光催化氧化法等，这些方法均是近年来才开始研究和应用的染料降解吸附技术，具有很好的脱色能力，但是成本都较高，不适合大规模生产应用。电化学技术处理废水具有氧化还原、凝聚、杀菌消毒和吸附等多种功能，近年来已广泛应用于处理电镀废水、化工废水、印染废水等，主要可去除具有生物毒性的有机污染物。电化学方法与其它方法的兼容性较好，可达到最佳处理效果。但是电化学法彻底氧化分解水中有机污染物，能耗较高，设备成本也较高。采用微生物法对有机物进行吸附是近几年逐渐发展起来的，微生物主要有细菌、藻类及真菌。该方法具有无废物、利用完全等优点，但脱色周期较长，且对于环境有一定的要求，因而限制了它的应用。由于有机污染物、重金属对环境和人体健康造成的危害大，因此设计制备吸附效率高、吸附性能好的新型吸附材料来消除污染具有重要意义。

发明内容：

本发明的目的在于通过包合有机物制备吸附效率高、使用费用低的吸附材料，应用于工业废水中有机物、重金属的分离、浓缩与去除。

为实现上述目的，本发明以含钡原料和硫酸或硫酸盐原料为骨架，以酸性红138(又名：酸性桃红B，CI 180735)为包合材料，辅以胶体化剂，制成钡基吸附材料，含钡原料从氧化钡、氯化钡、碳酸钡中选取，胶体化剂从有机溶剂甲醇、乙醇、丙酮中选取。通过反应原料的选择、原料配比实验、加入顺序实验研究，合成了包合材料产品，测定产物组成，并考察了对多种有机物的吸附效果。

其制备方法如下：

1、骨架、包合材料的选取

基于BaSO₄胶体沉淀反应制备复合材料。(1)骨架材料：钡原料包括氧化钡、氯化钡、碳酸钡；阴离子原料包括硫酸或硫酸盐。(2)有机物原料为酸性红138，可使用染料废水为反应原料。(3)胶体化剂原料为有机溶剂(甲醇、乙醇、丙酮)。

2、包合材料制备

在阴离子原料硫酸、硫酸盐和酸性红138混合溶液中，加入20％-70％胶体化剂，搅拌条件下加入钡原料溶液，混合反应10-30分钟，沉淀物经沉降、洗涤后制成悬浮物产品。

上述悬浮物产品也可经离心分离、烘干、破碎制成固体吸附材料产品使用，以方便保存和运输。

将一定量的吸附材料压制成滤饼或作为填充滤料，将碱性、中性或酸性废水通过滤层即可得到分离富集，也可以将吸附材料(0.05-1％固体)直接加入到待处理污水池内，进行絮凝沉淀，分离废渣。

本发明的优点如下：该材料适合于酸性、中性和碱性有机废水处理。可充分利用工业废料，原料易得，价格便宜，制备方法简单，容易操作，用于工业废水处理，短时间内即可形成絮体沉降，处理效果好，处理费用低，废渣可综合利用。

附图说明：

附图为钡基吸附材料制备路线与组成分析图。

具体实施方式：

在2000ml烧杯中，在磁力搅拌条件下，加入800ml工业乙醇、200ml 10mM酸性红138和5％硫酸钠溶液200ml，然后缓慢加入800ml 8％钡盐溶液，可以使用氯化钡直接溶于水配制，或氧化钡、碳酸钡先用盐酸溶解配制成8％钡盐溶液，混合反应10-30分钟，沉淀物沉降1h，3次水洗涤(3x2000ml)沉淀，收集沉淀物，即为产品悬浊液。

二、材料组成测定

固体产品外观红色，不溶于水、酸、醇。对吸附材料产品测定了组成，结果如下表1：

产品含量测定结果

实例1：阳离子染料废水处理

在10ml比色管中配制3种碱性染料样品：碱性桃红(色度480)、乙基紫(色度390)、酸性艳蓝6B(色度320)，分别加入0.1％、0.3％、0.5％吸附材料，沉淀1小时后，测定数据如表2。可见，对酸性艳蓝6B、乙基紫，仅0.1％材料即可吸附94％以上的颜色，而且沉降快。对碱性桃红，0.3％材料加入可吸附94％以上的颜色。因此该材料对阳离子染料吸附效果明显。

表2三种染料的吸附实验数据

实施例2：持久性有机污染物废水处理

在10ml比色管中配制3种PAHs混合样品：1.49ppm菲、1.69ppm芴、1.36ppm联苯。分别加入0.1％、0.3％、0.5％吸附材料，沉淀30min后，对每个组分的分析结果如表3。可见，联苯去除率低于菲、芴，0.5％材料加入可吸附联苯80％以上，而对PAHs类有机物去除率高，特别是菲吸附效果最好。因此，该材料对疏水性有机物吸附效果明显。

表3PAHs各组分色谱测定数据

Claims

1. 钡基吸附材料，属于一种钡基包合材料，其特征在于，该包合材料以可溶性含钡原料和硫酸或硫酸盐原料为骨架，以酸性红138(又名：酸性桃红B，CI180735)为包合材料，辅以胶体化剂，钡原料从氧化钡、氯化钡、碳酸钡中选取，胶体化剂从甲醇、乙醇、丙酮中选取。

2. 钡基吸附材料的制备方法，其特征在于，在20％-70％胶体化剂介质中，加入酸性红138和硫酸或硫酸盐溶液，搅拌条件下，加入钡原料溶液，混合反应10-30分钟，沉淀物经沉降、洗涤后制成悬浮物产品。

3. 如权利要求2所述的钡基吸附材料的制备方法，其特征在于，悬浮物产品经离心分离、烘干、破碎制成固体吸附材料产品。