CN101318122A - 阴离子表面活性剂-硫酸钡复合吸附材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明利用硫酸钡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盐在水溶液中混合反应，以含磺(硫)酸基的阴离子表面活性剂包括：烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠等为包合有机物，通过沉淀、包合制备硫酸钡基吸附材料，用于吸附分离阳离子染料、碱性染料、分散染料以及持久性有机污染物等，在工业废水处理、有用资源回收等领域有重要应用价值。生产原料易得、价格便宜，制备方法简单，材料具有吸附性能好、吸附快速、使用成本低、应用范围广等优点。
Description
技术领域：
本发明属于环境吸附材料领域，具体地说，是一种工业废水中染料、有机污染物的吸附材料，适合于酸性、中性和碱性有机废水处理。
背景技术：
染料、医药、化工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，特别是持久性有机污染物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。因此，在进入自然水体前必须去除废水中有机污染物。有机废水处理方法主要有物理法、化学法、生物法。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，处理成本较高。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，但大多吸附平衡时间长，再生后效果明显降低，选择性差，化学需氧量(COD)降低幅度小。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，但活性炭吸附时间长，再生比较困难。膨润土在我国储量大，价格便宜。人们常用表面活性剂改性膨润土，吸附性能可比原土可高出1～2个数量级。用于有机废水处理时，表面修饰容易产生表面活性剂脱附，使得虽然废水中有机物浓度降低，但COD降低不明显。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。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，单独采用絮凝剂的脱色效果不理想。氧化法分为化学氧化法和高级氧化法，将染料的发色基因氧化破坏而脱色的处理工艺。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，具有很好的脱色能力，但是成本较高，COD降低效果不好。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，但是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，该方法具有无废物、利用完全等优点，但脱色周期长，且对于环境有一定的要求。由于有机污染物特别是持久性有机污染物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污染物的分离、浓缩与去除。
为实现上述目的，本发明以钡盐和硫酸或硫酸盐为骨架原料，以含磺(硫)酸基的阴离子型表面活性剂包括：多烷基苯磺酸钠、多烷基硫酸钠、多醇硫酸钠等为包合材料，辅以胶体化剂，制成吸附材料。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。通过原料筛选、用量配比、加入顺序等实验研究，合成了包合吸附材料，测定了产物组成，并考察了对多种有机物的吸附效果。
一制备方法
1、原材料筛选
基于硫酸钡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；第二原料为硫酸盐，包括硫酸钠、硫酸。(2)第三原料为有机原料：磺(硫)酸基的阴离子型表面活性剂，包括：多烷基苯磺酸钠、多烷基硫酸钠、多醇硫酸钠等(“多”：12-18)。(3)胶体化剂原料为有机溶剂(甲醇、乙醇、丙酮)。
2、吸附材料制备
在原料硫酸盐和阴离子表面活性剂混合溶液(20-70℃)中，加入0-40％胶体化剂，搅拌条件下加入钡盐溶液，混合反应2-10分钟，沉淀物经沉降、洗涤后制成悬浮物产品。该悬浮物产品可经离心分离、风干制成固体吸附材料产品使用，以方便保存和运输。
3、吸附材料使用
在处理废水时，根据废水污染物浓度，可直接将悬浊液产品按1％-20％体积投加到废水池内，搅拌混合2-10分钟，静置1-10小时，上清液溢流出，污泥定期抽取分离即可。也可将该粉末材料制成滤饼或负载到填料表面，将废水通过填料滤床得到快速分离、富集。
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，处理效果受盐度、温度影响小。可充分利用工业废料，原料易得，价格便宜，制备方法简单，用于废水处理，2-5分钟即可达到吸附平衡，吸附量大。该产品可与硫酸钡粉末混合使用，具有多重吸附作用，可同时去除离子型和疏水性有机物，COD明显降低。处理费用低廉，废渣可经过酸化处理，回收被分离物质，并使吸附材料再生。
具体实施方式：向20-70℃水中，加入0-40％胶体化溶剂、阴离子表面活性剂和硫酸盐，在搅拌溶解后，缓慢加入可溶性钡盐溶液，反应2-10分钟，静置30-60分钟，弃去上清液，用水洗涤沉淀物1-3次，收集沉淀物，即为悬浊液产品；可经离心分离、风干得固体粉末产品。
固体原料质量配比如下：阴离子表面活性剂 10份
硫酸盐 10-50份
钡盐 20-300份
二、材料组成测定
产品外观白色，不溶于水、酸、碱、醇。对吸附材料产品组成测定结果：悬浊液固含量10％～50％；固体产品中有效组分：阴离子表面活性剂含量2％～10％(根据原料配比不同而差异)。
三、吸附材料应用实例
实例1：阳离子染料废水处理
在10ml比色管中配制三种阳离子染料溶液：阳离子红3R(色度1340)、乙基紫(色度2750)、碱性艳蓝BO(色度2040)，加入0.02％～0.5％吸附材料，沉淀1小时后，测定数据如表1。可见，对碱性艳蓝BO、乙基紫，仅0.02％材料即可吸附86％以上的颜色，但加大加入量，染料析出现象加重。对阳离子红3R，0.3％材料加入可吸附98％的颜色，因此该材料对阳离子染料吸附效果明显。
表1三种阳离子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，分别配制三种多环芳烃(PAHs)样品：菲、芴、联苯，浓度均为1.0mg/l。分别加入0.1％、0.3％、0.5％吸附材料，沉淀30min后，使用荧光光度法，对每个溶液的分析结果如表2。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，而菲、芴吸附均超过90％。因此，该材料对疏水性有机物吸附效果明显。
表2PAHs荧光测定数据
Claims (4)
1.硫酸钡基复合吸附材料，其特征在于，以可溶性钡盐和硫酸盐原料为骨架反应物，以含磺(硫)酸基的阴离子型表面活性剂包括：多烷基苯磺酸钠、多烷基硫酸钠等为包合有机物，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、如权利要求1所述的硫酸钡基复合吸附材料，其特征在于，所说的可溶性钡盐原料为氧化钡、氯化钡、碳酸钡中的一种，所说的硫酸盐原料为硫酸、硫酸钠的一种，所说的磺(硫)酸基的阴离子型表面活性剂为多烷基苯磺酸钠、多烷基硫酸钠等(多：12-16)，包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等其中一种。
3、如权利要求2所述的硫酸钡基复合吸附材料的制备方法，其特征在于，在硫酸或硫酸钠溶液中，加入多烷基苯磺酸钠或多烷基硫酸钠，包括十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠和0％-40％胶体化溶剂(甲醇、乙醇、丙酮等)，加入氯化钡或氧化钡或碳酸钡溶液，混合反应5-10分钟，沉淀物经沉降、洗涤后制成悬浮物产品。
4、如权利要求2和3所述的硫酸钡基复合吸附材料的制备方法，其特征在于，悬浮物产品经过滤、离心、风干制成泥品和固体材料。
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