專利名稱：：鋇基吸附材料及其制備方法
技術領域：
：本發明屬于環境材料領域，具體地說，是一種工業廢水中染料、有機污染物、重金屬的吸附材料，適合于酸性、中性和堿性廢水處理。
背景技術：
：染料、醫藥、化工、冶煉、電鍍等生產過程中產生了大量的廢水排放到環境中，高濃度有機物、重金屬給人類和生態環境帶來嚴重災難。例如，超過10000種的染料已商業化生產，其中使用量的5-10%排入水環境中。染料分子中大都含有芳香基結構，耐光、耐熱、耐氧化，有些染料可引起過敏、皮炎、皮膚紅腫，甚至可誘發癌癥、基因突變等。目前市場上共有11種致癌性染料，按結構類型不同分為偶氮型、蒽醌型和三芳基甲烷型等，其中以偶氮型結構居多。因此，在進入自然水體前去除有機污染物變得尤為重要。有機物、重金屬廢水處理方法主要有物理法、化學法、生物法或幾種方法聯用。物理法主要包括膜分離法、磁分離法及吸附法。膜分離法處理有機和顏色廢水始于上世紀70年代初。但由于膜的價格較高，更換頻率較快，因而處理成本較高，阻礙其大規模的工業應用。磁分離法是利用元素或組分磁敏感性的差異，借助外磁場將物質進行磁場處理，從而達到強化分離的過程，目前已成為一門新興的水處理技術。吸附是利用表面具有多孔的一些固體作為吸附劑，當廢水與吸附劑接觸時，廢水中一種或數種污染物被吸駙在固體表面從而達到廢水凈化的目的。在有機廢水處理中，吸附法主要用作預處理或生化后的深度處理。吸附法的應用范圍比較廣泛，沒有專一選擇性。吸附劑分為人工和天然吸附劑兩種，常用的吸附劑有活性炭、氧化鋁、木片、天然粘土、水稻磨粉廢料、硅膠、氫氧化物、污泥、微生物活體或死細胞等。活性炭吸附是目前應用最廣泛的有機和顏色廢水處理方法，但活性炭價格相對較高，使用后需再生，并產生二次廢水或導致吸附劑及吸附能力的損失，因此在使用上受到限制。樹脂是具有立體結構的多孔海綿狀熱固性高分子材料，其性能易于控制，再生簡單而在工業廢水處理中廣泛應用。一些天然資源和廢棄物也可用作吸附劑。近十多年，膨潤土在廢水處理中的應用研究較為活躍。膨潤土在我國儲量大，價格便宜。但由于膨潤土表面硅氧結構極強的親水性及層間陽離子的水解，未經改性的膨潤土吸附水中有機物的性能較差，直接用來處理廢水，往往不能達到很好的效果。人們常用表面活性劑改性膨潤土，改善膨潤土的吸附性能。改性后的膨潤土吸附性能可比原土可高出12個數量級。然而，有機膨潤土用于有機廢水處理時，容易產生表面活性劑脫附的現象，使得雖然廢水中有機物濃度降低，但COD&卻沒有降低，因此需要進一步與其他物質聯用取得更好的去處效果。化學法主要分為混凝沉淀法、氧化法及電化學方法。混凝沉淀技術是對廢水進行一級處理的主要步驟。它是利用染料本身的帶電特性，將兩種或多種帶相反電荷的污水混和進行處理或者利用混凝劑與污水混和進行處理的一種技術。在絮凝沉淀過程中起主要作用的是絮凝劑，但傳統的低分子量絮凝劑投放量大，產泥量多，不僅增加水廠的經濟成本，而且使水中殘余金屬離子濃度升高，容易帶來二次污染。常規的混凝劑在處理一些水溶性，特別是在處理陽離子染料、活性染料廢水時，單獨采用無機型絮凝劑的脫色效果不理想，一般需要使用無機絮凝藥劑和高分子絮凝劑復合藥劑進行處理。氧化法因不同的氧化體系而異分為化學氧化法和高級氧化法。化學氧化法是利用臭氧、氯以及含氧化合物等氧化劑，將染料的發色基因氧化破壞而脫色的處理工藝。臭氧對于偶氮染料具有很好的脫色作用，并且無污染，是一種良好的脫色劑，但使用成本較高。高級氧化技術包括濕式氧化法、Fenton試劑法以及光催化氧化法等，這些方法均是近年來才開始研究和應用的染料降解吸附技術，具有很好的脫色能力，但是成本都較高，不適合大規模生產應用。電化學技術處理廢水具有氧化還原、凝聚、殺菌消毒和吸附等多種功能，近年來已廣泛應用于處理電鍍廢水、化工廢水、印染廢水等，主要可去除具有生物毒性的有機污染物。電化學方法與其它方法的兼容性較好，可達到最佳處理效果。但是電化學法徹底氧化分解水中有機污染物，能耗較高.，設備成本也較高。采用微生物法對有機物進行吸附是近幾年逐漸發展起來的，微生物主要有細菌、藻類及真菌。該方法具有無廢物、利用完全等優點，但脫色周期較長，且對于環境有一定的要求，因而限制了它的應用。由于有機污染物、重金屬對環境和人體健康造成的危害大，因此設計制備吸附效率高、吸附性能好的新型吸附材料來消除污染具有重要意義。
發明內容本發明的目的在于通過包合有機物制備吸附效率高、使用費用低的吸附材料，應用于工業廢水中有機物、重金屬的分離、濃縮與去除。為實現上述目的，本發明以含鋇原料和硫酸或硫酸鹽原料為骨架，以酸性紅138(又名酸性桃紅B，CI180735)為包合材料，輔以膠體化劑，制成鋇基吸附材料，含鋇原料從氧化鋇、氯化鋇、碳酸鋇中選取，膠體化劑從有機溶劑甲醇、乙醇、丙酮中選取。通過反應原料的選擇、原料配比實驗、加入順序實驗研究，合成了包合材料產品，測定產物組成，并考察了對多種有機物的吸附效果。其制備方法如下1、骨架、包合材料的選取基于BaS04膠體沉淀反應制備復合材料。(1)骨架材料鋇原料包括氧化鋇、氯化鋇、碳酸鋇；陰離子原料包括硫酸或硫酸鹽。(2)有機物原料為酸性紅138，可使用染料廢水為反應原料。(3)膠體化劑原料為有機溶劑(甲醇、乙醇、丙酮)。2、包合材料制備在陰離子原料硫酸、硫酸鹽和酸性紅138混合溶液中，加入20%-70°/。膠體化劑，攪拌條件下加入鋇原料溶液，混合反應10-30分鐘，沉淀物經沉降、洗滌后制成懸浮物產品。上述懸浮物產品也可經離心分離、烘千、破碎制成固體吸附材料產品使用，以方便保存和運輸。將一定量的吸附材料壓制成濾餅或作為填充濾料，將堿性、中性或酸性廢水通過濾層即可得到分離富集，也可以將吸附材料(0.05-1%固體)直接加入到待處理污水池內，進行絮凝沉淀，分離廢渣。本發明的優點如下該材料適合于酸性、中性和堿性有機廢水處理。可充分利用工業廢料，原料易得，價格便宜，制備方法簡單，容易操作，用于工業廢水處理，短時間內即可形成絮體沉降，處理效果好，處理費用低，廢渣可綜合利用。附圖為鋇基吸附材料制備路線與組成分析圖。具體實施例方式在2000ml燒杯中，在磁力攪拌條件下，加入800ml工業乙醇、200ml10mM酸性紅138和5%硫酸鈉溶液200ml，然后緩慢加入800ml8%鋇鹽溶液，可以使用氯化鋇直接溶于水配制，或氧化鋇、碳酸鋇先用鹽酸溶解配制成8%鋇鹽溶液，混合反應10-30分鐘，沉淀物沉降lh,3次水洗滌(3x2000ml)沉淀，收集沉淀物，即為產品懸濁液。二、材料組成測定固體產品外觀紅色，不溶于水、酸、醇。對吸附材料產品測定了組成，結果如下表1:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實例l:陽離子染料廢水處理在10ml.比色管中配制3種堿性染料樣品堿性桃紅(色度480)、乙基紫(色度390)、酸性艷藍6B(色度320)，分別加入0.1%、0.3%、0.5%吸附材料，沉淀1小時后，測定數據如表2。可見，對酸性艷藍6B、乙基紫，僅0.1%材料即可吸附94%以上的顏色，而且沉降快。對堿性桃紅，0.3%材料加入可吸附94%以上的顏色。因此該材料對陽離子染料吸附效果明顯。表2三種染料的吸附實驗數據<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例2:持久性有機污染物廢水處理在10ml比色管中配制3種PAHs混合樣品1.49ppm菲、1.69ppm苑、1.36ppm聯苯。分別加入0.1%、0.3%、0.5%吸附材料，沉淀30min后，對每個組分的分析結果如表3。可見，聯苯去除率低于菲、芴，0.5%材料加入可吸附聯苯80%以上，而對PAHs類有機物去除率高，特別是菲吸附效果最好。因此，該材料對疏水性有機物吸附效果明顯。表3PAHs各組分色譜測定數據<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權利要求1.鋇基吸附材料，屬于一種鋇基包合材料，其特征在于，該包合材料以可溶性含鋇原料和硫酸或硫酸鹽原料為骨架，以酸性紅138(又名酸性桃紅B，CI180735)為包合材料，輔以膠體化劑，鋇原料從氧化鋇、氯化鋇、碳酸鋇中選取，膠體化劑從甲醇、乙醇、丙酮中選取。2、鋇基吸附材料的制備方法，其特征在于，在20%-70%膠體化劑介質中，加入酸性紅138和硫酸或硫酸鹽溶液，攪拌條件下，加入鋇原料溶液，混合反應10-30分鐘，沉淀物經沉降、洗滌后制成懸浮物產品。3、如權利要求2所述的鋇基吸附材料的制備方法，其特征在于，懸浮物產品經離心分離、烘干、破碎制成固體吸附材料產品。全文摘要本發明利用含鋇原料為骨架制備包合吸附材料。鋇鹽(氧化鋇、氯化鋇、碳酸鋇)在膠體化劑介質中與硫酸或硫酸鹽在水溶液中混合反應，以酸性紅138有機物為包合材料，沉淀分離制備鋇基吸附材料，用于通過吸附分離染料、有機污染物、重金屬等，在工業廢水處理、有用資源回收等領域有重要應用價值。該技術可以利用企業廢水廢物為原料，實現廢物的資源化。原料價格便宜，制備方法簡單，材料具有吸附性能好、吸附平衡時間短、使用成本低、應用范圍廣等優點。文檔編號B01J20/04GK101249415SQ200810033608公開日2008年8月27日申請日期2008年2月15日優先權日2008年2月15日發明者郜洪文申請人:郜洪文