CN111701574A - 一种利用膨胀蛭石处理含有Cr3+的废水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污水处理的方法领域，尤其涉及一种利用膨胀蛭石处理含Cr3+废水的方法。本方法包括：取膨胀蛭石加入去离子水，经过超声波处理，得到蛭石纳米片悬浮液，再用调节试剂将所述蛭石纳米片悬浮液的pH调整到6.5～7.5。将经过pH调整的蛭石纳米片悬浮液加入腐植酸，搅拌后得到吸附腐植酸的蛭石。最后所述吸附腐植酸的蛭石投入含有Cr3+的废水中，然后离心处理后将所述蛭石取出，得到了处理后的含有Cr3+的废水。本发明通过腐植酸吸附到蛭石的表面，能够形成了更多的多芳香基团等官能团与Cr3+进行反应，实现了对含Cr3+废水的处理，减小了废水中的Cr3+含量，实现了废水的无害化处理，是目前通过试剂处理废水等高成本且有副作用的方法所不能达到的。
Description
技术领域
本发明属于污水处理的方法领域，尤其涉及一种利用膨胀蛭石处理含有Cr3+的废水的方法。
背景技术
重金属废水主要来源于采矿、冶金、化工、电镀、皮革等工业排放的废水和固体垃圾填埋场的滤液，而Cr3+是重金属废水中的主要成份，这些行业产生的含Cr3+的废水排放到环境中，会对环境造成不可挽回的损失。废水中的重金属Cr3+可伴随悬浮物进入水生生物体内，通过食物链(网)进入人体，在人体内累积。当重金属被人体吸收时，除以单个离子存在外，还可与人体内的蛋白质、氨基酸、脂肪酸、核酸以及磷酸结合，形成有机酸盐、无机盐和鳌合物，引发水误病和骨痛病。Cr3+还参与糖代谢过程，有激活胰岛素的作用，但其不易被消化道吸收，在皮肤表层和蛋白质结合形成稳定的络合物，对肺有损害。
现有的治理废水的方法主要是有化学法、硫化法、离子交换法、膜分离法、活性炭等方法。以上几种方法均存在成本高，取出不彻底，容易造成二次污染等问题。蛭石是一种板块状天然黏土矿物，由超基性杂岩经热液蚀变及后期风化作用形成，具有可再生性。膨胀蛭石的化学组成用[Mg3(Si3Al)O10(OH)2][Mg0.5(H2O)y]表示，是一种层状的含镁铝硅酸盐，其基本结构单元由两层硅酸盐四面体夹着一层含镁八面体组成，形成“三明治”结构的硅酸盐骨架，并在骨架与骨架间存在着水合镁离子层。这些可交换性阳离子和水分子的存在，使其具有很强的离子交换能力，可用于纳米蛭石片层的剥离、离子的选择性浸出。因此，膨胀蛭石及改性产品具有很高的离子交换性、特殊的吸水性、可塑性及粘性等，这些特性使人们认识到了膨胀蛭石及其改性产品在环保中的巨大应用潜力。
发明内容
本发明为了解决上述背景技术中的技术问题，提供能利用蛭石特殊的层状结构和高吸附性对含有Cr3+的废水的处理方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种利用膨胀蛭石处理含有Cr3+的废水的方法。包括如下步骤：
A、取膨胀蛭石，加入去离子水，经过超声波处理，得到蛭石纳米片悬浮液；
B、取步骤A中得到的所述蛭石纳米片悬浮液，调pH到6.5～7.5；
C、向步骤B中经过pH调整的蛭石纳米片悬浮液中加入腐植酸，搅拌后得到吸附腐植酸的蛭石；
D、将步骤C中的所述吸附腐植酸的蛭石投入到含有Cr3+的废水中，离心处理，最后将蛭石取出，得到处理后的含Cr3+废水。
本发明所用腐植酸为临沂庆丰年农资有限公司生产的原产地为山东的腐植酸。
本发明的有益效果是：通过腐植酸吸附到蛭石的表面，具有更好的吸附性能，能够形成了更多的多芳香基团等官能团与Cr3+进行反应，实现了含有Cr3+的废水的处理，减小了废水中的Cr3+含量，实现了废水的无害化处理。是目前通过试剂处理废水等高成本且有副作用的方法所不能达到的。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，在步骤A中，所述膨胀蛭石为100重量份，所述去离子水为90～150重量份，所述超声波的频率是60～90MHz，超声波的强度是8～10W/cm2，超声波使用的时间是20～30min。
采用上述进一步方案的有益效果是，膨胀蛭石通过去离子水洗涤后，再通过超声波的处理后，搅拌和超声波能够让蛭石在溶液中形成稳定的蛭石纳米片悬浮液。
进一步，在步骤B中，调整pH选用盐酸和碳酸氢钠溶液。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过盐酸和碳酸氢钠溶液这两种酸碱试剂，能够更加灵敏的调节蛭石纳米片悬浮液的pH值。
进一步，所述盐酸的浓度为0.2～0.6mol/L,所述碳酸氢钠的浓度为0.1～0.3mol/L。
采用上述进一步方案的有益效果是，适宜的浓度使得调节pH值的时候更加灵敏调节蛭石纳米片悬浮液为中性。
进一步，在步骤C中，所述腐植酸量为0.2～0.7重量份，搅拌的频率是100～500r/min,搅拌时间为20～40min。
采用上述进一步方案的有益效果是，腐植酸在适宜搅拌速率和时间的作用下，腐植酸和蛭石都集合到一个区域，能够更好的让蛭石吸收腐植酸，使得蛭石的表面形成更多的芳香基团等官能团，能够与Cr3+发生聚合反应，从而取出废水中的Cr3+。
进一步，在步骤D中，所述含有Cr3+的废水为500～1500重量份；离心的频率为400～800r/min,离心时间为3～8min。
采用上述进一步方案的有益效果是，所述适宜的废水量和离心频率，能够让表面吸附腐植酸后的蛭石更好吸附废水中的Cr3+。
进一步，在步骤D中，在离心处理前，将投入所述吸附腐植酸蛭石的含有Cr3+的废水中通外加电场，电场强度5～10kv/m，通电时间20～30min。
采用上述进一步方案的有益效果是，在废水中通过两块相对应的金属板外加电场，使得腐植酸能够在静电引力的作用下充分吸附到蛭石表面，蛭石表面的纳米粒子表面所带负电荷密度增加，并形成了更多的多芳香基团等官能团。
进一步，在步骤D中，将取出的所述蛭石通过80～90％的乙醇冲洗，乙醇的量为400～500重量份。
采用上述进一步方案的有益效果是，能够通过乙醇冲洗掉蛭石表面的Cr3+，使得膨胀蛭石可以循环利用，降低了成本，减少了污染。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1、
一种利用膨胀蛭石处理含有Cr3+的废水的方法。包括如下步骤：
A、取直径为0.3m，重量为1.5kg的膨胀蛭石，加入10L去离子水，经过60MHz的超声波频率和8W/cm2超声波强度处理20min后，得到蛭石纳米片悬浮液；
B、将步骤A中得到的所述蛭石纳米片悬浮液用0.2mol/L的盐酸,0.15mol/L的碳酸氢钠调整pH到7；
C、将步骤B中经过pH调整的蛭石纳米片悬浮液加入0.005g腐植酸，搅拌后得到吸附腐植酸的蛭石,搅拌的频率是100～500r/min,搅拌时间为20～40min；
D、将步骤C中的所述吸附腐植酸蛭石投入100L含有Cr3+的废水中，接着将废水中设置两块相对设置的铜板从而外加电场，电场强度8kv/m，通电时间25min。最后将所述蛭石取出，得到了处理后的含有Cr3+的废水。将取出的所述蛭石通过85％的乙醇冲洗，乙醇的量为40L。
在本实施例的实施过程中，将步骤B中的得到的蛭石纳米片悬浮液中的蛭石用万分之一天平称量和步骤C中吸附腐植酸的蛭石用万分之一天平秤量，两者相减得27.3mg，说明蛭石吸附了27.3mg的腐植酸。将含有Cr3+的废水在处理前检测Cr3+的浓度为0.6mol/L，经过本发明的处理方法处理后，对废水中的Cr3+的浓度进行检测，Cr3+的浓度为0.02mol/L。所以经过本发明的方法处理过的含Cr3+的废水中的Cr3+去除率为97％。
实施例2、
一种利用膨胀蛭石处理含有Cr3+的废水的方法。包括如下步骤：
A、取直径为0.2m，重量为1.1kg的膨胀蛭石加入去10L去离子水，经过60MHz的超声波频率和8W/cm2超声波强度处理20min后得到蛭石纳米片悬浮液；
B、将步骤A中得到的所述蛭石纳米片悬浮液用0.2mol/L的盐酸,0.15mol/L的碳酸氢钠调整pH到7；
C、将步骤B中经过pH调整的蛭石纳米片悬浮液加入0.005g腐植酸，搅拌后得到吸附腐植酸的蛭石,搅拌的频率是100～500r/min,搅拌时间为20～40min；
D、将步骤C中的所述吸附腐植酸蛭石投入100L含有Cr3+的废水中，接着将废水中设置两块相对设置的铜板从而外加电场，电场强度8kv/m，通电时间25min。最后将所述蛭石取出，得到了处理后的含有Cr3+的废水。将取出的所述蛭石通过85％的乙醇冲洗，乙醇的量为40L。
在本实施例的实施过程中，将步骤B中的得到的蛭石纳米片悬浮液中的蛭石用万分之一天平称量和步骤C中吸附腐植酸的蛭石用万分之一天平秤量，两者相减得22.9mg，说明蛭石吸附了22.9mg的腐植酸。将含有Cr3+的废水在处理前检测Cr3+的浓度为0.56mol/L，经过本发明的处理方法处理后，对废水中的Cr3+的浓度进行检测，Cr3+的浓度为0.012mol/L。所以经过本发明的方法处理过的含Cr3+的废水中的Cr3+去除率为98％。
实施例3、
一种利用膨胀蛭石处理含有Cr3+的废水的方法。包括如下步骤：
A、取直径为0.26m，重量为1.4kg的膨胀蛭石加入去10L去离子水，经过60MHz的超声波频率和8W/cm2超声波强度处理20min后得到蛭石纳米片悬浮液；
B、将步骤A中得到的所述蛭石纳米片悬浮液用0.2mol/L的盐酸,0.15mol/L的碳酸氢钠调整pH到7；
C、将步骤B中经过pH调整的蛭石纳米片悬浮液加入0.005g腐植酸，搅拌后得到吸附腐植酸的蛭石,搅拌的频率是100～500r/min,搅拌时间为20～40min；
D、将步骤C中的所述吸附腐植酸蛭石投入100L含有Cr3+的废水中，接着将废水中设置两块相对设置的铜板从而外加电场，电场强度8kv/m，通电时间25min。最后将所述蛭石取出，得到了处理后的含有Cr3+的废水。将取出的所述蛭石通过85％的乙醇冲洗，乙醇的量为40L。
在本实施例的实施过程中，将步骤B中的得到的蛭石纳米片悬浮液中的蛭石用万分之一天平称量和步骤C中吸附腐植酸的蛭石用万分之一天平秤量，两者相减得25.3mg，说明蛭石吸附了25.3mg的腐植酸。将含有Cr3+的废水在处理前检测Cr3+的浓度为0.76mol/L，经过本发明的处理方法处理后，对废水中的Cr3+的浓度进行检测，Cr3+的浓度为0.03mol/L。所以经过本发明的方法处理过的含Cr3+的废水中的Cr3+去除率为96％。
说明本发明对含Cr3+废水中的Cr3+去除能力强，为目前的废水处理提供了新的思路和方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种利用膨胀蛭石处理含Cr3+废水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、取膨胀蛭石，加入去离子水，经过超声波处理，得到蛭石纳米片悬浮液；
B、取步骤A中得到的所述蛭石纳米片悬浮液，调pH到6.5～7.5；
C、向步骤B中经过pH调整的蛭石纳米片悬浮液中加入腐植酸，搅拌后得到吸附腐植酸的蛭石；
D、将步骤C中的所述吸附腐植酸的蛭石投入到含有Cr3+的废水中，离心处理，最后将蛭石取出，得到处理后的含Cr3+废水。
2.根据权利要求1所述的利用膨胀蛭石处理含有Cr3+的废水的方法，其特征在于，在步骤A中，所述膨胀蛭石为100重量份，所述去离子水为90～150重量份；所述超声波的频率是60～90MHz，超声波的强度是8～10W/cm2，超声波使用的时间是20～30min。
3.根据权利要求1所述的利用膨胀蛭石处理含有Cr3+的废水的方法，其特征在于，在步骤B中，调整pH选用盐酸和碳酸氢钠溶液。
4.根据权利要求3所述的利用膨胀蛭石处理含有Cr3+的废水的方法，其特征在于，所述盐酸的浓度为0.2～0.6mol/L,所述碳酸氢钠的浓度为0.1～0.3mol/L。
5.根据权利要去1所述的利用膨胀蛭石处理含有Cr3+的废水的方法，其特征在于，在步骤C中，所述腐植酸的加入量为0.2～0.7重量份；搅拌的频率是100～500r/min,搅拌时间为20～40min。
6.根据权利要求1所述的利用膨胀蛭石处理含有Cr3+的废水的方法，其特征在于，在步骤D中，所述含有Cr3+的废水为500～1500重量份；离心的频率为400～800r/min,离心时间为3～8min。
7.根据权利要求1所述的利用膨胀蛭石处理含有Cr3+的废水的方法，其特征在于，在步骤D中，在离心处理前，将投入所述吸附腐植酸蛭石的含Cr3+废水中通外加电场，电场强度5～10kv/m，通电时间20～30min。
8.根据权利要求1所述的利用膨胀蛭石处理含有Cr3+的废水的方法，其特征在于，在步骤D中，将取出的蛭石通过80～90％的乙醇冲洗，乙醇的量为400～500重量份。
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