一种稀土镧掺杂的磁性沸石材料吸附去除废水中多种重金属离子的方法与流程

1.本发明涉及污水处理技术领域，具体为一种稀土镧掺杂的磁性沸石材料吸附去除废水中多种重金属离子的方法。


背景技术：

2.我国是严重缺乏水资源的国家，人均淡水资源仅为世界平均水平的四分之一，随着人口增长和经济发展水平的提高，资源消耗量增大，环境污染加剧，导致目前我国主要河流、湖泊和地下水均出现不同程度的污染。近年来，有色冶金、电子、电镀、轻工等行业迅猛发展，为我国经济快速发展和民众生活水平的显著提高提供了重要支撑，但是不可否认，上述行业排放的重金属废水不论是从数量上还是从种类上都大大增加，对我国水、土壤、大气等环境介质的生态安全与民众的健康带来了极大威胁，与此相关的环境突发事件频发。水体重金属污染已经成为世界范围内的一大亟待解决的环境问题。如何削减和控制重金属污染一直是世界环保领域的热点问题。
3.重金属污染与其他有机化合物的污染不同，不少有机化合物可以通过自然界本身物理的、化学的或生物的净化，使有害性降低或解除。而重金属很难在环境中降解。重金属废水来源于冶金、电镀、采矿、化工等部门，如矿山排水、废石场淋浸水、选矿厂尾矿排水、有色金属冶炼厂排水、有色金属加工厂酸洗水、电镀厂镀件洗涤水、钢铁厂酸洗排水，以及电解、农药、医药、油漆、颜料等工业的废水。这些重金属污染物进入大气、水，造成大气污染和水污染，最终，大部分重金属停留在土壤和河流底泥中。当环境变化时，底泥中的重金属形态将发生转化并释放造成水污染。重金属通过大气、水、食物链进入人体，使人体内的蛋白质及各种酶失去活性，并在人体的某些器官中富集，造成人体急性或慢性中毒，具有致癌、致畸及致突变作用，对人体会造成很大的危害。重金属对健康的影响通常表现为对神经系统的长期损害，以及对消化系统、泌尿系统的细胞、脏器、皮肤及骨骼的破坏。
4.环境中重金属的排放不仅会引起严重的健康问题，还会造成资源的严重浪费。因此探求一种简便快速可行的去除重金属和回收利用的方法极其重要。
5.废水中重金属离子的种类、含量及其存在形态随不同生产种类而异，差异很大。目前常用的重金属废水处理方法主要包括化学沉淀法、还原法、吸附法、膜分离法、混凝法、离子交换法、电化学法等。
6.化学沉淀法是目前应用最广泛的工业废水处理方法，具有简单、易操作等特点，但是它适用于重金属初始浓度较高的废水，对浓度较低的重金属废水的去除效率偏低，且易产生大量的污泥；还原法一般只用作废水的预处理；物理化学吸附法适用于处理重金属浓度偏低的废水，由于某些吸附剂价格偏高，制约了物理化学吸附法的使用；生物吸附法因其具有经济高效、较少二次污染等特点，已成为公认具有发展潜力的方法；膜分离技术作为一种新型、高效的水处理技术受到普遍重视，但是膜分离技术的成本高、通量小、操作过程复杂等特点限制了其在重金属废水处理领域的广泛应用；混凝是废水处理中最常用的方法，
但混凝过程中会产生大量的污泥，在处理重金属废水时一般用其他处理方法联用；离子交换法的选择性高，可去除多种重金属，但离子交换树脂的价格偏高，树脂再生时运行费用较高，因此很少用在大规模的废水处理工程中；电化学法设备体积小、占地少，不会或很少产生二次污染，但存在着能耗大、成本高、副反应多的不足。综上所述，处理重金属废水的方法有很多种，这些方法各有各的优缺点，也由于在成本、效率、复杂性及造成二次污染方面有其局限性。而吸附作为一种去除水中重金属污染的简单经济方法被广泛应用。因此各种吸附剂的选择决定着吸附剂的可行性，在这方面已开发了许多新的吸附剂，但因它的复杂、繁琐的液固分离而使其应用受到限制。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种稀土镧掺杂的磁性沸石材料吸附去除废水中多种重金属离子的方法，去除工业废水中cu2 、pb2 、zn2 、fe3 和cd2 离子，该方法以稀土镧掺杂的磁性沸石材料为固体吸附剂，通过震荡处理吸附工业废水中的cu2 、pb2 、zn2 、fe3 和cd2 离子，流程简单，操作安全，对废水中的cu2 、pb2 、zn2 、fe3 和cd2 离子的分离效率高，且处理后的固体吸附剂易分离回收利用。
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种稀土镧掺杂的磁性沸石材料吸附去除废水中多种重金属离子的方法，包括以下步骤：
9.步骤(1).调节含cu2 、pb2 、zn2 、fe3 和cd2 五种金属离子的工业废水的浓度和ph值，再加入固体吸附剂稀土镧掺杂的磁性沸石材料，形成混合悬浮液；
10.步骤(2).对步骤(1)所得混合悬浮液加热，并进行震荡处理，处理结束后，分离回收固体吸附剂，检测处理后的水溶液；
11.步骤(3).废水处理结束后，回收的固体吸附剂采用1m氢氧化钠、0.1m盐酸溶液和去离子水溶液清洗再生，得到干净的再生固体吸附剂，并作为固体吸附剂重新进入下一次的废水处理中。
12.优选的，步骤(1)中，所述稀土镧掺杂的磁性沸石材料中，磁性掺杂颗粒为fe，镧的含量为6.5-8.5wt％，fe的含量为0.1～3wt％。
13.优选的，步骤(1)中，所述工业废水的中每种金属离子的浓度为0.01～1000mg/l。
14.优选的，步骤(1)中，所述工业废水的ph值为5～8。
15.优选的，步骤(1)中，所述稀土镧掺杂的磁性沸石材料的制备包括以下步骤：
16.s1.将七水氯化镧晶体分散在水溶液中，用一定摩尔浓度的氢氧化钠溶液进行滴加，将ph值调至10-10.5；
17.s2.将清洗干净的3-5mm沸石和磁粉加入其中，混合均匀，在100～120℃下烘干；
18.s3.放入管式炉中，在氮气气氛下升温至650～750℃保温3～4小时，保温结束后降至常温，取出，随后进行加磁得到稀土镧掺杂的磁性沸石材料。
19.优选的，步骤(1)中，所述固体吸附剂相对于工业废水的浓度为0.01～100g/l。
20.优选的，步骤(2)中，所述加热至温度为30～60℃。
21.优选的，所述震荡处理的速率为100～700rpm。
22.优选的，所述震荡处理的时间为0.5～24h。
23.本发明提出的一种稀土镧掺杂的磁性沸石材料吸附去除废水中多种重金属离子
的方法，有益效果在于：
24.1、本发明反应温度较低，处理时间短，流程简单，操作安全，不仅降低了吸附过程中的能耗，也提高了吸附的效率，节约时间；
25.2、本发明以稀土镧掺杂的磁性沸石材料吸附剂活性作为吸附剂，吸附剂和废水溶液可直接过滤分离；同时稀土镧掺杂的磁性沸石材料制备原料具有来源广泛，且吸附剂吸附活性较高，易分离，价格便宜，无腐蚀且环境友好，稳定性好，可循环使用等优点。
具体实施方式
26.下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.实施例，本发明提供一种技术方案：一种稀土镧掺杂的磁性沸石材料吸附去除废水中多种重金属离子的方法，包括以下步骤：
28.步骤(1).调节含cu2 、pb2 、zn2 、fe3 和cd2 五种金属离子的工业废水的浓度和ph值，再加入固体吸附剂稀土镧掺杂的磁性沸石材料，形成混合悬浮液；
29.稀土镧掺杂的磁性沸石材料中，磁性掺杂颗粒为fe，镧的含量为6.5-8.5wt％，fe的含量为0.1～3wt％；
30.工业废水的中每种金属离子的浓度为0.01～1000mg/l；
31.工业废水的ph值为5～8；
32.稀土镧掺杂的磁性沸石材料的制备包括以下步骤：s1.将七水氯化镧晶体分散在水溶液中，用一定摩尔浓度的氢氧化钠溶液进行滴加，将ph值调至10-10.5；s2.将清洗干净的3-5mm沸石和磁粉加入其中，混合均匀，在100～120℃下烘干；s3.放入管式炉中，在氮气气氛下升温至650～750℃保温3～4小时，保温结束后降至常温，取出，随后进行加磁得到稀土镧掺杂的磁性沸石材料；
33.固体吸附剂相对于工业废水的浓度为0.01～100g/l；
34.步骤(2).对步骤(1)所得混合悬浮液加热，加热至温度为30～60℃，并进行震荡处理，震荡处理的速率为100～700rpm，震荡处理的时间为0.5～24h，处理结束后，分离回收固体吸附剂，检测处理后的水溶液；
35.步骤(3).废水处理结束后，回收的固体吸附剂采用1m氢氧化钠、0.1m盐酸溶液和去离子水溶液清洗再生，得到干净的再生固体吸附剂，并作为固体吸附剂重新进入下一次的废水处理中。
36.在本实施例中，对处理前后离子浓度的检测采用原子吸收光谱来分析，此外，吸附能力qe(mg/g)根据以下公式得出：
37.qe＝(c0-ce)
×
v/m
×
100％
ꢀꢀꢀꢀ
(1),；
38.其中c代表离子浓度，单位mg/l；v代表溶液的体积，单位l；m代表固体吸附剂的质量，单位g；
39.(1)将ph值为4.85、cu2 、pb2 、zn2 、fe3 和cd2 离子各自的浓度为250mg/l的工业废水以及稀土镧掺杂的磁性沸石材料(2g/l，相对于废水；稀土镧掺杂的磁性沸石材料
中，镧的含量为6.5-8.5wt％)加入到密闭的锥形瓶中混合，形成混合悬浮液；
40.(2)常温下在恒温震荡器中以300rpm的频率处理0.5h后，从锥形瓶中取出液固相混合物，进行过滤，得到固体吸附剂和处理后的水溶液；
41.对处理后的水溶液进行原子吸收光谱分析，本实施例中所使用的吸附剂对cu2 、pb2 、zn2 、fe3 和cd2 离子的去除能力分别为122.5mg/g，103.7mg/g，81.2mg/g，10.7mg/g，93.8mg/g。
42.实施例2-5
43.(1)将ph值为7、cu2 、pb2 、zn2 、fe3 和cd2 离子各自的浓度如表1所示的工业废水以及稀土镧掺杂的磁性沸石材料(2g/l，相对于废水；稀土镧掺杂的磁性沸石材料中，镧的含量为6.5-8.5wt％)加入到密闭的锥形瓶中混合，形成混合悬浮液；
44.(2)将混合悬浮液加热至30℃，在恒温震荡器中以300rpm的频率处理0.5h后，从锥形瓶中取出液固相混合物，进行过滤，得到固体吸附剂和处理后的水溶液。
45.对处理后的水溶液进行原子吸收光谱分析，各离子的去除结果见表1；随着金属浓度的提升，稀土镧掺杂的磁性沸石材料的吸附能力得到极大的提升。
[0046][0047][0048]
稳定性实施例6-9；
[0049]
(1)将ph值为7、cu2 、pb2 、zn2 、fe3 和cd2 离子各自的浓度如表1所示的工业废水以及稀土镧掺杂的磁性沸石材料(2g/l，相对于废水；稀土镧掺杂的磁性沸石材料中，镧的含量为6.5-8.5wt％)加入到密闭的锥形瓶中混合，形成混合悬浮液；
[0050]
(2)将混合悬浮液加热至30℃，在恒温震荡器中以300rpm的频率处理0.5h后，从锥形瓶中取出液固相混合物，进行过滤，得到固体吸附剂和处理后的水溶液；
[0051]
(3)固体吸附剂经过1mol/l的氢氧化钠溶液、0.1mol/l盐酸溶液和去离子水交替清晰、干燥之后，进行下一次使用，对处理后的水溶液进行原子吸收光谱分析，如此循环使用5次后各离子的去除结果见表2；在重复使用5次后，稀土镧掺杂的磁性沸石材料的吸附能力是保持稳定的状态，说明是可以循环使用的。
[0052][0053]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。