本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，具體涉及一種膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵復(fù)合材料在磁場(chǎng)作用下處理含鉻廢水的方法。

背景技術(shù)：

重金屬鉻,尤其是六價(jià)鉻,已經(jīng)被分類為具有潛在致癌性，對(duì)人體、動(dòng)物、植物和微生物有高致毒性。目前含鉻廢水的處理方法主要有化學(xué)沉淀法、離子交換法和膜分離法?；瘜W(xué)沉淀法主要是向廢水中投加氫氧化鈣,但氫氧化鈣投加量太大,會(huì)產(chǎn)生大量含重金屬污泥離子；交換法工藝復(fù)雜,樹(shù)脂容易老化；膜分離法成本過(guò)高,膜孔容易堵塞。尋找高活性材料去除廢水中的鉻已受到水處理領(lǐng)域關(guān)注。

用零價(jià)鐵、尤其是納米零價(jià)鐵去除鉻成為了一個(gè)非?；钴S的研究領(lǐng)域，但在實(shí)際應(yīng)用中納米零價(jià)鐵材料仍然存在一些問(wèn)題需要解決,如納米零價(jià)鐵的合成條件不易控制、極易團(tuán)聚、空氣穩(wěn)定性差和親水性差等。膨潤(rùn)土負(fù)載納米鐵對(duì)廢水中六價(jià)鉻的去除較納米零價(jià)鐵去除率有所提高，比如：中國(guó)專利文件cn101314496a公開(kāi)一種改性膨潤(rùn)土負(fù)載納米鐵水處理劑,將改性膨潤(rùn)土與納米鐵按重量比為3∶7～9∶1均勻混合后,采用強(qiáng)還原劑還原,制備得改性膨潤(rùn)土負(fù)載納米鐵水處理劑。雖然膨潤(rùn)土的靜電排斥和空間位阻等作用能使鐵顆粒不易聚集,也不易被氧化,但是，膨潤(rùn)土表面帶負(fù)電,納米鐵疏水性較強(qiáng),對(duì)陰離子鉻酸根的吸附能力仍較弱,去除效果不夠理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，尤其是現(xiàn)有技術(shù)中膨潤(rùn)土負(fù)載納米鐵吸附能力較差，而且反應(yīng)活性較差的缺陷。本發(fā)明提供一種膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵復(fù)合材料在磁場(chǎng)作用下處理含鉻廢水的方法。該方法能夠極大地提高鉻的去除效率,并且具有環(huán)境友好、使用簡(jiǎn)單、藥劑投加量少、成本低廉、適用相對(duì)較廣等優(yōu)點(diǎn)，解決了零價(jià)鐵應(yīng)用方面的不足。

本發(fā)明將膨潤(rùn)土負(fù)載納米鐵進(jìn)行簡(jiǎn)單的硫化改性,制備得到膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料，在弱磁場(chǎng)作用下將該材料用于處理含鉻廢水。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵復(fù)合材料在磁場(chǎng)作用下處理含鉻廢水的方法，包括步驟如下：

向含鉻廢水中加入膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料，在磁場(chǎng)條件下攪拌反應(yīng)，即完成含鉻廢水的處理。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，0＜廢水中鉻的濃度≤100mg/l，進(jìn)一步優(yōu)選0＜廢水中鉻的濃度≤50mg/l。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的磁場(chǎng)條件的磁場(chǎng)強(qiáng)度≤20mt；進(jìn)一步優(yōu)選,可在廢水處理反應(yīng)器底部放置環(huán)形磁鐵提供磁場(chǎng)強(qiáng)度≤20mt的非均勻磁場(chǎng)。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料的投加量為0.1-1g/l廢水。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，攪拌反應(yīng)的攪拌轉(zhuǎn)速為300-500r/min，進(jìn)一步優(yōu)選400r/min；

優(yōu)選的，攪拌反應(yīng)時(shí)間為10-60min。

根據(jù)本發(fā)明,反應(yīng)進(jìn)行到3min時(shí)，鉻的去除率可達(dá)到79％,反應(yīng)進(jìn)行到15min后鉻的去除率達(dá)94％以上。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料中硫鐵摩爾比為0.5-0.6:1，進(jìn)一步優(yōu)選0.56：1；

優(yōu)選的，所述的膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料中硫化改性納米零價(jià)鐵與膨潤(rùn)土質(zhì)量比為1:1。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，將含鉻廢水調(diào)節(jié)至酸性或中性；進(jìn)一步優(yōu)選的，將含鉻廢水調(diào)節(jié)至ph＝4-7，最優(yōu)選4-5。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料按以下方法制備得到：

(a)將硼氫化鈉和硫代硫酸鈉溶于乙醇水溶液，得到混合液；

(b)向步驟(a)的混合液中加入膨潤(rùn)土，混合均勻；

(c)向步驟(b)的混合液中通入氮?dú)?，攪拌去除氧氣?/p>

(d)向步驟(c)的混合液中加入三氯化鐵溶液，持續(xù)攪拌30-40min，得到含膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料的混合溶液；

(e)將步驟(d)得到的產(chǎn)物進(jìn)行固液分離，固體真空冷凍干燥，得到膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料。

根據(jù)本發(fā)明膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料的制備方法，優(yōu)選的，步驟(a)中乙醇水溶液中乙醇與水的體積比為1：(3-5)，進(jìn)一步優(yōu)選1:4；

優(yōu)選的，硼氫化鈉與硫代硫酸鈉的質(zhì)量比為1：(0.34-0.5)，硼氫化鈉的質(zhì)量與乙醇水溶液的體積比為1：(450-500)g/ml。

根據(jù)本發(fā)明膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料的制備方法，優(yōu)選的，步驟(b)中按最終的硫化改性納米零價(jià)鐵與膨潤(rùn)土質(zhì)量比為1:1控制膨潤(rùn)土的加入量；

根據(jù)本發(fā)明膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料的制備方法，優(yōu)選的，步驟(d)中三氯化鐵的加入量與步驟(a)中硼氫化鈉的質(zhì)量比為(2-3)：1；

優(yōu)選的，三氯化鐵溶液的濃度為9-10g/l。

根據(jù)本發(fā)明膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料的制備方法，優(yōu)選的，步驟(e)中固液分離的方式為離心分離。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明對(duì)弱磁場(chǎng)作用下膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料去除含重金屬鉻的廢水進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料能極大地提高膨潤(rùn)土負(fù)載納米鐵的反應(yīng)活性,同時(shí)弱磁場(chǎng)可以顯著提高膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料的活性,加速污染物的去除。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1制得的膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料的掃描電鏡圖。

圖2是試驗(yàn)例1中對(duì)廢水中的重金屬鉻的處理過(guò)程繪制的曲線。

圖3是試驗(yàn)例2中對(duì)廢水中的重金屬鉻的處理過(guò)程繪制的曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明,但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍不僅限于此。

實(shí)施例中所用的離心機(jī)為湖南恒諾儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的臺(tái)式低速離心機(jī)；真空冷凍干燥器為上海比朗儀器制造有限公司生產(chǎn)的冷凍干燥機(jī)。

實(shí)施例中所用的膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料，按如下方法制備得到：

(a)將0.2027g硼氫化鈉和0.0871g硫代硫酸鈉溶于100ml乙醇溶液(80ml乙醇，20ml水)中,得到混合液；

(b)將步驟(a)中所述混合液移至三口燒瓶中,并加入0.1g膨潤(rùn)土,使硫化改性納米零價(jià)鐵與膨潤(rùn)土質(zhì)量比為1:1；

(c)將步驟(b)所述混合液中通入氮?dú)鈹嚢?0分鐘,去除混合液中的氧氣；

(d)稱0.4827g氯化鐵溶于50ml水中,將氯化鐵溶液轉(zhuǎn)移至梨形燒瓶中；

(e)在持續(xù)攪拌和通入氮?dú)獾臈l件下,將步驟(d)所述的氯化鐵溶液以2-3滴/秒的滴加速度加入步驟(b)所述的三口燒瓶中,反應(yīng)結(jié)束后繼續(xù)攪拌40分鐘,攪拌速度為250轉(zhuǎn)/分鐘；得到的混合液進(jìn)行固液分離,獲得的固體使用無(wú)水乙醇洗滌3次,將固體真空冷凍干燥過(guò)夜,得到黑色固體即為膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵復(fù)合材料,樣品使用之前保存在氮?dú)鈿夥罩蟹乐蛊浔谎趸?/p>

制得的膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料中，硫鐵摩爾比為0.56：1。

實(shí)施例1：

利用膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料在外加弱磁場(chǎng)的作用下去除廢水中的重金屬鉻的方法，所述廢水中鉻含量為25mg/l廢水,包括步驟如下：

取含鉻的廢水1l,置于反應(yīng)器中,加入0.1mol/l氫氧化鈉調(diào)節(jié)ph＝5；加入0.2g膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料,在反應(yīng)器底部放置環(huán)形磁鐵,提供磁場(chǎng)強(qiáng)度≤20mt的非均勻弱磁場(chǎng),在所述弱磁場(chǎng)作用下以轉(zhuǎn)速400r/min攪拌反應(yīng)至3min,鉻的去除率達(dá)79％以上。繼續(xù)以轉(zhuǎn)速400r/min攪拌反應(yīng)至15min,鉻的去除率近似精確到94％。

實(shí)施例2：

利用膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料在外加弱磁場(chǎng)的作用下去除廢水中的重金屬鉻的方法，所述廢水中鉻含量為25mg/l廢水,包括步驟如下：

取含鉻的廢水1l,置于反應(yīng)器中,加入0.1mol/l氫氧化鈉調(diào)節(jié)ph＝5；加入0.5g膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料,在反應(yīng)器底部放置環(huán)形磁鐵,提供磁場(chǎng)強(qiáng)度≤20mt的非均勻弱磁場(chǎng),在所述弱磁場(chǎng)作用下以轉(zhuǎn)速400r/min攪拌反應(yīng)10分鐘，鉻的去除率達(dá)到94％。

實(shí)施例3：

利用膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料在外加弱磁場(chǎng)的作用下去除廢水中的重金屬鉻的方法，所述廢水中鉻含量為25mg/l廢水,包括步驟如下：

取含鉻的廢水1l,置于反應(yīng)器中,加入0.1mol/l氫氧化鈉調(diào)節(jié)ph＝5；加入1g膨潤(rùn)土負(fù)載硫化改性納米鐵材料,在反應(yīng)器底部放置環(huán)形磁鐵,提供磁場(chǎng)強(qiáng)度≤20mt的非均勻弱磁場(chǎng),在所述弱磁場(chǎng)作用下以轉(zhuǎn)速400r/min攪拌反應(yīng)3分鐘，鉻的去除率達(dá)到94％。

實(shí)施例4

如實(shí)施例1所述，不同的是：

調(diào)節(jié)含鉻廢水的ph＝4。

實(shí)施例5

如實(shí)施例1所述，不同的是：

調(diào)節(jié)含鉻廢水的ph＝6。

實(shí)施例6

如實(shí)施例1所述，不同的是：

調(diào)節(jié)含鉻廢水的ph＝7。

對(duì)比例1、

如實(shí)施例1所述，不同的是：

采用膨潤(rùn)土負(fù)載納米鐵材料去除廢水中的重金屬鉻，按如下方法制備得到：

(a)將0.2027g硼氫化鈉溶于100ml乙醇溶液(80ml乙醇，20ml水)中,得到混合液；

(b)將步驟(a)中所述混合液移至三口燒瓶中,并加入0.1g膨潤(rùn)土,使納米零價(jià)鐵與膨潤(rùn)土質(zhì)量比為1:1；

(c)將步驟(b)所述混合液中通入氮?dú)鈹嚢?0分鐘,去除混合液中的氧氣；

(d)稱0.4827g氯化鐵溶于50ml水中,將氯化鐵溶液轉(zhuǎn)移至梨形燒瓶中；

(e)在持續(xù)攪拌和通入氮?dú)獾臈l件下,將步驟(d)所述的氯化鐵溶液以2-3滴/秒的滴加速度加入步驟(b)所述的三口燒瓶中,反應(yīng)結(jié)束后繼續(xù)攪拌40分鐘,攪拌速度為250轉(zhuǎn)/分鐘；得到的混合液進(jìn)行固液分離,獲得的固體使用無(wú)水乙醇洗滌3次,將固體真空冷凍干燥過(guò)夜,得到黑色固體即為膨潤(rùn)土負(fù)載納米鐵復(fù)合材料。

并且在處理廢水過(guò)程中不加磁場(chǎng)。

對(duì)比例2

如實(shí)施例1所述，不同的是：

不采用磁場(chǎng)進(jìn)行作用。

試驗(yàn)例1

將實(shí)施例1和對(duì)比例1-2對(duì)廢水中的重金屬鉻的處理過(guò)程繪制曲線，如圖2所示。

通過(guò)圖2可知，實(shí)施例1的處理方法在15min鉻的去除率近似精確到94％；對(duì)比例2不采用磁場(chǎng)進(jìn)行作用，當(dāng)鉻的去除率近似精確到94％時(shí)需要45min；對(duì)比例1中不采用磁場(chǎng)并且使用膨潤(rùn)土負(fù)載納米鐵材料去除廢水中的重金屬鉻，處理60min鉻的去除率僅僅達(dá)到78％?？梢?jiàn)，本發(fā)明的處理方法能夠在最短的時(shí)間中達(dá)到較高的鉻去除效率。

試驗(yàn)例2

將實(shí)施例1和實(shí)施例4-6對(duì)廢水中的重金屬鉻的處理過(guò)程繪制曲線，如圖3所示。

通過(guò)圖3可知，實(shí)施例1的處理方法在15min鉻的去除率近似精確到94％；實(shí)施例4調(diào)節(jié)廢水初始ph＝4，鉻的去除率與實(shí)施例1相差不大；實(shí)施例5中調(diào)節(jié)廢水初始ph＝6，處理方法在15min鉻的去除率近似精確到83％；實(shí)施例6中調(diào)節(jié)廢水初始ph＝7，處理方法在15min鉻的去除率近似精確到75％?？梢?jiàn)，本發(fā)明的處理方法能夠在酸性廢水中達(dá)到較高的鉻去除效率。