一种选择性吸附水体中铊的方法

本发明属于环境保护领域，具体涉及一种选择性吸附水体中铊的方法。

背景技术：

1、铊是一种剧毒金属，仅微量摄入10-15 g/kg即可致死，已被列为国际优先控制的13种重点金属污染物之一。近年来，由于含铊矿石的开采和冶炼等人类活动，导致铊污染事件频频发生，严重威胁到水体生态系统安全及周围人民群众身体健康。

2、吸附法具有高效、经济、二次污染小等优势，被广泛研究用于含铊废水的处理。目前，碳材料、生物质、金属氧化物等多种吸附材料均已用于水中铊的去除。在实验室测试中，过氧化钛、纳米二氧化锰和钛酸盐纳米管等吸附剂，在共存离子水平较低的溶液中表现出优异的铊去除性能。然而，随着溶液中共存离子浓度的增加，这些吸附剂对铊的去除效率显著降低，也就是说，这些吸附剂的选择性均较低。在实际应用中，废水中共存离子的浓度（如锌7.97-152 mg/l、镉2.19-19.8 mg/l、铜0.62-17.3 mg/l、铅0.26-5.98 mg/l）通常比铊的浓度（0.002-0.26 mg/l，平均值为0.059 mg/l）高出数倍，这将极大地影响铊的去除效率。

3、普鲁士蓝是一种具有面心立方晶格结构和开放的沸石样形态的微孔无机固体，其开放结构的孔径接近水合铊离子的直径，且小于含铊废水中常见共存离子的尺寸，因而被认为是处理含铊废水的可行方法。然而，普鲁士蓝的纳米形态，为在处理后废水的分离与回收带来挑战，并存在潜在的二次污染风险，同时，普鲁士蓝对铊的吸附效果非常有限。因此，如何获得一种吸附效果好、处理效率高、环境适应性强、选择性高、无二次污染风险的选择性吸附水体中铊的方法，对于有效处理含铊废水具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种吸附效果好、处理效率高、环境适应性强、选择性高、无二次污染风险的选择性吸附水体中铊的方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

3、一种选择性吸附水体中铊的方法，所述方法是利用生物炭/普鲁士蓝复合材料对含铊水体进行处理；所述生物炭/普鲁士蓝复合材料是以生物炭和普鲁士蓝为原料，经酸改性、球磨后制得。

4、上述的方法，进一步改进的，所述生物炭/普鲁士蓝复合材料的制备方法，包括以下步骤：

5、s1、将生物炭和酸性溶液混合，进行酸改性，得到改性生物炭；

6、s2、将步骤s1得到的改性生物炭和普鲁士蓝混合，进行球磨，得到生物炭/普鲁士蓝复合材料。

7、上述的方法，进一步改进的，步骤s2中，所述改性生物炭与普鲁士蓝的质量比为0.5～2∶1，所述球磨的时间为3h～5h，所述球磨的转速为300rpm～400rpm，所述球磨的球料比为50～100∶1。

8、上述的方法，进一步改进的，步骤s1中，所述酸性溶液的浓度为1mol/l～2mol/l，所述生物炭与酸性溶液的质量体积比为1g∶20ml～40ml，所述酸性溶液为盐酸溶液或硫酸溶液，所述混合在超声条件下进行，所述超声的时间为5min～25min，所述酸改性在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速为300rpm～650rpm，所述搅拌的时间为2h，所述酸改性之后还包括以下处理：将产物进行洗涤、干燥，所述清洗为采用水和乙醇交替清洗3次～5次，所述干燥的温度为60℃～80℃，所述干燥的时间为6h～12h。

9、上述的方法，进一步改进的，步骤s1中，所述生物炭的制备方法为：在氮气气氛或惰性气氛下，将生物质材料进行碳化，得到生物炭；所述碳化的温度为400℃～900℃，所述碳化的时间为1h～3h，所述碳化过程中升温速率为5℃/min～10℃/min，所述生物质材料在使用之前还包括以下处理：将生物质材料干燥、粉碎、过筛，所述生物质材料为西瓜皮、椰壳和虾壳中的至少一种。

10、上述的方法，进一步改进的，所述处理为：将生物炭/普鲁士蓝复合材料和含铊水体混合，进行吸附反应，实现对水体中铊的去除。

11、上述的方法，进一步改进的，所述生物炭/普鲁士蓝复合材料与含铊水体的质量体积比为0.1g～0.5g∶1l。

12、上述的方法，进一步改进的，所述生物炭/普鲁士蓝复合材料与含铊水体的质量体积比为0.2g～0.5g∶1l。

13、上述的方法，进一步改进的，所述含铊水体中铊的初始浓度≤2mg/l，所述含铊水体中还包含竞争性重金属离子和有机质，所述含铊水体中竞争性重金属离子的浓度为1mg/l～100mg/l，所述含铊水体中有机质的浓度为1mg/l～100mg/l，所述竞争性重金属离子为zn2＋、cd2＋、cu2＋、pb2＋、k＋、na＋中一种或多种，所述有机质为腐植酸，所述含铊水体的初始ph值为3～9。

14、上述的方法，进一步改进的，所述吸附反应的时间为2h～4h，所述吸附反应的温度为10℃～40℃，所述吸附反应在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速为300r/min～500r/min。

15、与现有技术相比，本发明的优点在于：

16、本发明提供了一种选择性吸附水体中铊的方法，该方法是利用生物炭/普鲁士蓝复合材料对含铊水体进行处理，其中生物炭/普鲁士蓝复合材料是以生物炭和普鲁士蓝为原料，经球磨后制得。本发明中采用的生物炭/普鲁士蓝复合材料，通过球磨工艺将普鲁士蓝纳米颗粒牢固地锚定在生物炭载体上，二者协同显著提升对铊的吸附能力，具体来说，一方面，生物炭的高比表面积和多孔结构为tl+提供了高效的传质通道，使其能快速抵达吸附位点，同时生物炭表面的含氧官能团参与化学固定过程，促使部分tl+转化为化学性质更为稳定的tl2o形态；另一方面，普鲁士蓝作为核心活性组分，通过其独特的晶体结构对tl+进行高选择性的离子交换与固定，通过“物理吸附与化学固定相结合”的方式，极大地增强了复合材料的固铊能力，具有吸附效果好、稳定性高、易于回收等优势。本发明的方法，具有吸附效果好、处理效率高、环境适应性强、选择性高、无二次污染风险等有点，在较低吸附剂投加量、较宽ph范围、高浓度共存离子干扰条件下，可以实现对铊的选择性、高效去除，特别是痕量铊的处理，且应用过程无需调节ph或投加其他化学药剂，有效防止二次污染。

1.一种选择性吸附水体中铊的方法，其特征在于，所述方法是利用生物炭/普鲁士蓝复合材料对含铊水体进行处理；所述生物炭/普鲁士蓝复合材料是以生物炭和普鲁士蓝为原料，经酸改性、球磨后制得。

2.根据权利要求1所述的选择性吸附水体中铊的方法，其特征在于，所述生物炭/普鲁士蓝复合材料的制备方法，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的选择性吸附水体中铊的方法，其特征在于，步骤s2中，所述改性生物炭与普鲁士蓝的质量比为0.5～2∶1，所述球磨的时间为3h～5h，所述球磨的转速为300rpm～400rpm，所述球磨的球料比为50～100∶1。

4.根据权利要求3所述的选择性吸附水体中铊的方法，其特征在于，步骤s1中，所述酸性溶液的浓度为1mol/l～2mol/l，所述生物炭与酸性溶液的质量体积比为1g∶20ml～40ml，所述酸性溶液为盐酸溶液或硫酸溶液，所述混合在超声条件下进行，所述超声的时间为5min～25min，所述酸改性在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速为300rpm～650rpm，所述搅拌的时间为2h，所述酸改性之后还包括以下处理：将产物进行洗涤、干燥，所述清洗为采用水和乙醇交替清洗3次～5次，所述干燥的温度为60℃～80℃，所述干燥的时间为6h～12h。

5.根据权利要求4所述的选择性吸附水体中铊的方法，其特征在于，步骤s1中，所述生物炭的制备方法为：在氮气气氛或惰性气氛下，将生物质材料进行碳化，得到生物炭；所述碳化的温度为400℃～900℃，所述碳化的时间为1h～3h，所述碳化过程中升温速率为5℃/min～10℃/min，所述生物质材料在使用之前还包括以下处理：将生物质材料干燥、粉碎、过筛，所述生物质材料为西瓜皮、椰壳和虾壳中的至少一种。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的选择性吸附水体中铊的方法，其特征在于，所述处理为：将生物炭/普鲁士蓝复合材料和含铊水体混合，进行吸附反应，实现对水体中铊的去除。

7.根据权利要求6所述的选择性吸附水体中铊的方法，其特征在于，所述生物炭/普鲁士蓝复合材料与含铊水体的质量体积比为0.1g～0.5g∶1l。

8.根据权利要求7所述的选择性吸附水体中铊的方法，其特征在于，所述生物炭/普鲁士蓝复合材料与含铊水体的质量体积比为0.2g～0.5g∶1l。

9.根据权利要求8所述的选择性吸附水体中铊的方法，其特征在于，所述含铊水体中铊的初始浓度≤2mg/l，所述含铊水体中还包含竞争性重金属离子和有机质，所述含铊水体中竞争性重金属离子的浓度为1mg/l～100mg/l，所述含铊水体中有机质的浓度为1mg/l～100mg/l，所述竞争性重金属离子为zn2＋、cd2＋、cu2＋、pb2＋、k＋、na＋中一种或多种，所述有机质为腐植酸，所述含铊水体的初始ph值为3～9。

10.根据权利要求9所述的选择性吸附水体中铊的方法，其特征在于，所述吸附反应的时间为2h～4h，所述吸附反应的温度为10℃～40℃，所述吸附反应在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速为300r/min～500r/min。