[发明专利]Cr(Ⅵ)吸附剂的制备方法及废水处理中的应用

说明书

技术领域：

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种针对目标有毒金属离子Cr(Ⅵ)高效吸附剂的制备及应用。

背景技术

铬是地壳的一种组成元素，在岩石风化和侵蚀等作用下，可以由自然源进入水体、空气、土壤等所有的环境要素中。同时，铬由人类的生产活动如电镀、制革、冶炼、印染、制药等过程排放的废水进入环境，造成铬污染。铬以不同的氧化态（Ⅱ，Ⅲ，Ⅵ）存在于水中，其中Cr(Ⅵ)具有剧毒性，其毒性比Cr(Ⅲ)强300倍。Cr(Ⅵ)具有相对较强的化学氧化性，易与人体或生物系统的酶发生反应，使血液中的蛋白质发生凝聚沉淀；吸入含铬粉尘会引发呼吸道炎症；长时间暴露在Cr(Ⅵ)环境中将会导致神经系统、消化系统疾病，甚至肾脏器官的衰竭。一般成人服用Cr(Ⅵ)超过3 g将会产生致命危害。目前，含Cr(Ⅵ)废水的处理方法主要有吸附法、化学沉淀法、电解法、离子交换法等。吸附法因操作简单、选择性强、二次污染少等优点成为目前最常用的处理方法。如专利公开号CN102115276A的发明专利，公开了一种用高炉渣处理Cr(Ⅵ)废水的方法，该方法具有一般吸附法的优点，处理后废水中剩余Cr(Ⅵ)的含量均低于污水排放标准0.5 mg/L。但是目前常用的吸附剂一般存在吸附容量不大或价格较高（如活性碳等吸附剂）等缺点，因此研究一种经济高效，能与目标有毒金属Cr(Ⅵ)进行有效反应的吸附剂，对含Cr(Ⅵ)废水的治理具有非常重要的意义。

导电高聚物作为一种新型的多功能材料，在重金属吸附领域已经崭露头角，引起了越来越多的关注。聚苯胺作为导电高聚物的一个典型代表，具有原料廉价、合成简单、环境稳定性好等优点；聚1,8-萘二胺是近几年才进入研究者们视线的一种新型导电高聚物，其分子链中含有大量的伯氨基和仲氨基，对重金属离子具有螯合性或者还原性。它对许多重金属离子都表现出了极强的敏感性。如英国《Acta Materialia》（ISN 1359-6454）2004年8月第52卷5363-5374页曾有利用聚1,8-萘二胺分子链上的伯氨基和仲氨基与Ag⁺的络合作用和氧化还原作用，以达到去除Ag⁺的目的报道。本发明拟采用1,8-萘二胺与苯胺共聚制得针对含Cr(Ⅵ)废水的吸附剂，以达到去除水中有毒金属离子Cr(Ⅵ)的目的。

发明内容

本发明的目的是针对废水中有毒金属离子Cr(Ⅵ)而提供一种具有较强吸附性能的经济有效、选择性好，吸附容量大，稳定性好的重金属离子吸附剂。

本发明所述的Cr(Ⅵ)吸附剂的制备方法，按照下述步骤进行：

（1）取一定量的质量浓度为98%浓硫酸，1,8-萘二胺（DAN）和苯胺（AN）用超纯水定容；

（2）取一定量氧化剂过硫酸铵（APS）用超纯水溶解，

（3）将两溶液移入烧杯中，于5℃条件下，常压搅拌反应5 h，所得浊液用0.22μm滤膜过滤，并用超纯水洗至无色，于60 ℃条件下真空干燥12 h，所得固体研磨至粉末状，即制得高效Cr(Ⅵ)吸附剂。

其中步骤（1）中硫酸、苯胺与1,8-萘二胺的摩尔比为：n(H₂SO₄):n(AN):n(DAN)= 200:20:1。

其中步骤（2）中过硫酸铵与步骤（1）中苯胺的摩尔比为：n(APS):n(AN)=0.4:1-2.1:1，优选为1.5:1。

其中步骤（1）中所用苯胺为市购苯胺分析纯经分子筛干燥12 h后，于80 ℃条件下减压蒸馏2次后所得。

Cr(Ⅵ)吸附剂在废水处理中的应用，按照下述步骤进行：

在10ml具塞聚丙烯管中，加入制得的Cr(Ⅵ)吸附剂5 mg和10 ml的含Cr(Ⅵ)废水；含Cr(Ⅵ)废水的离子强度为0.1 mol/L NaCl，pH为3-6.5；将管中溶液摇晃均匀，密封后固定在25.0±1.0 ℃的数显恒温振荡培养箱中以150 r/min转速进行振荡，24 h后取出并迅速用孔径为0.22 μm的醋酸纤维滤膜过滤，即可除去废水中Cr(Ⅵ)的。

上述方法中用火焰原子吸收法测定滤液中Cr( Ⅵ)的浓度，照下式计算吸附去除率R，吸附量q _t。

   

其中C₀ 为溶液中Cr(Ⅵ)的初始浓度（mg/L），C_t 为时间t(min)时溶液中Cr(Ⅵ)浓度（mg/L），V为吸附液的体积(ml)，M为吸附剂的用量（g）。