[发明专利]一种氧化锆-卤虫卵壳生物复合吸附剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种去除水中重金属吸附剂及制备方法。

背景技术

我国水体重金属污染问题十分突出，水中的重金属污染不仅污染了水环境，也严重危害了人类及各类生物的生存。目前，重金属废水处理的方法大致可以分为三大类：(1)化学处理法，主要包括化学沉淀法和电解法。化学沉淀法包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体共沉淀法；(2)物理处理法，主要包含溶剂萃取分离、离子交换法、膜分离技术及吸附法。(3)生物处理法，生物处理法是借助微生物或植物的絮凝、吸收、积累、富集等作用去除废水中重金属的方法，包括生物吸附、生物絮凝、植物修复等方法。但由于受污染水体组分复杂，竞争离子浓度高等特性，难以实现废水中微量重金属的深度净化，难以达到越来越严苛的重金属控制标准要求。如化学沉淀法由于受沉淀剂和环境条件的影响，往往出水浓度达不到要求，需作进一步处理，产生的沉淀物必须很好地处理与处置，否则会造成二次污染；电解法的电渗析和隔膜电解在运行中都遇到了电极极化、结垢和腐蚀等问题；离子交换法工艺简单，处理容量大，出水水质好，可回收重金属资源，对环境无二次污染，但离子交换剂易氧化失效，再生频繁，操作费用高；生物吸附法吸附容量易受环境因素的影响，微生物对重金属的吸附具有选择性，而重金属废水常含有多种有害重金属，影响微生物的作用，应用上受限制等。

氧化锆是一种典型过渡金属氧化物，由于它具有较大的吸附容量，优异的热、化学稳定性和良好的动力学性能，使其在材料、催化等很多领域有广阔的发展空间。研究者发现，氧化锆是一种层状的介孔材料，有较大的比表面积，因其独特的性能，在环保领域越来越收到国内外的关注。大量研究表明，氧化锆表面富含羟基，可以与重金属离子形成内核配位作用，表现出较高的选择吸附性。与常规的无机重金属吸附材料如氧化铁、氧化铝等相比，氧化锆有更佳的抗酸腐蚀能力且稳定性强，因而在去除水中的重金属方面，氧化锆表现出明显的优势。以往对氧化锆的研究，主要集中在吸附水中的阴离子，如氯离子、氟离子等，极少涉及重金属离子。虽然氧化锆对水中的重金属有很好的吸附性，但也存在应用技术瓶颈：氧化锆是一种极细的粉体，在应用于柱吸附或者流态体系时会产生较高的压降，流体阻力大，固液分离困难。

为解决这一问题，近年来，大量研究采用表面沉积固定化技术将氧化锆引入活性炭、沸石、高分子聚合物等多孔载体表面，该技术充分借助载体颗粒大、多空隙特性，解决了无机吸附剂分离困难技术瓶颈，同时，载体纳米孔结构特有的孔板效应，有效实现无机吸附剂颗粒固定化和纳米化。但这种担载杂化制备方法在制备过程中往往会出现无机吸附剂产生颗粒生长和局部团聚现象，孔道堵塞，动力学传质性能差、工作吸附容量较低，吸附利用效率不佳等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能减少无机纳米颗粒流体阻力、固液分离容易、成本低、吸附力强的氧化锆-卤虫卵壳生物复合吸附剂及制备方法。

一、本发明的氧化锆-卤虫卵壳生物复合吸附剂是一种在卤虫卵壳孔道内附着氧化锆纳米颗粒的生物复合吸附剂。

二、本发明生物复合吸附剂的制备方法：

以水或乙醇为溶剂，锆的质量百分数为1-10%，制备成氧氯化锆为前驱体反应试剂，将卤虫卵壳加入上述前驱体反应试剂中，每立升加入卤虫卵壳10-300g,温度为40℃-80℃，反应8-12h，使锆盐充分逐步扩散至卤虫卵壳孔道内表面，而后过滤并将其置于质量百分数为1-5%的氢氧化钠或5-20%氨水溶液中，充分搅拌常温反应1-4h，在卵壳孔道内表面形成氧化锆纳米颗粒，然后进行过滤并用去离子水、蒸馏水或天然水冲洗至中性，60-90℃热处理4-10h后烘干。获得的生物复合吸附剂的氧化锆负载量为锆的质量百分比的5%～30%。

三、去除水中重金属的方法：

将受污染水温度控制在5℃～55℃，pH控制在3～7范围内，以10～50BV/h流速顺流通过装填有上述生物复合吸附剂的固定床装置，出水可达到安全控制标准。所述的污染的水体的重金属浓度可以为0.1～20mg/L，当水体中存在大量的Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等竞争离子时，使用本方法仍能保持较大的吸附容量及较高选择性，竞争离子浓度可以是重金属浓度的0～300(摩尔比)倍。

四、生物复合吸附剂的再生：