專利名稱：一種脫除水體中硫酸根離子的吸附劑及其制備和應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于吸附劑及其水處理技術領域，具體涉及一種脫除水體中硫酸根離子的吸附劑及其制備和應用方法，適用于冶煉、礦山、制藥等過程中酸性工業廢水的硫酸根離子脫除。
背景技術：
高濃度硫酸鹽廢水主要來源于冶煉、礦山、制藥等行業。雖然硫酸鹽本身無毒，但這些廢水不經處理直接排入水體，會產生一系列危害，如(1)水中高濃度的硫酸根會導致自然界硫循環的紊亂，且當水體中硫酸根離子濃度超過600mg · L-1時可致人腹瀉。(2)過量的硫酸根離子排入水體中可使土壤板結無法農用。( 硫酸根離子對工業生產有較大影響，如在氯堿生產中當硫酸根離子濃度超過5g · L—1時可阻礙氯離子放電，導致氯氣純度降低，電流效率下降，增加生產能耗。(4)加快設備管道的腐蝕，縮短設備管道的使用壽命，降低生產效率。隨著國家環境污染形勢的日益嚴峻，廢水中硫酸根離子的脫除越來越引起人們的關注。目前，脫除硫酸根的方法有化學沉淀、反滲透、冷凍法等，這些方法由于操作成本高，或易于導致二次污染，其應用受到限制。如化學沉淀法主要通過在廢水中加入BaCl2、 CaCl2,生成不溶性硫酸鹽達到脫除硫酸根離子的目的。該法成本低、操作簡單、處理效果好，但此法存在原料毒性強、貯存條件要求高等不足，限制了其應用。反滲透法可高效脫除水體中硫酸根離子，但其投資、運行成本過高，一般工礦企業難以承受。近年來，吸附法由于操作簡單、運行成本低，越來越得到人們的關注。吸附法應用的核心是吸附劑的研發。吸附劑的關鍵要求是吸附劑的吸附容量大， 來源方便，價格低廉，易于再生使用。據此，國內外學者相繼開發了如針鐵礦、粉煤灰、活性炭、Y-Al2O3等硫酸根吸附劑。但這些吸附劑仍然存在較多的不足，如制備工藝復雜，成本較高，或吸附性能欠佳，對硫酸根吸附量一般僅在5 50mg · g—1。可見，目前用于廢水中硫酸根離子吸附脫除的吸附劑仍然存在較大的不足，開發一類具有高吸附容量，操作簡便，以及易于解吸的新型硫酸根吸附材料是非常重要的。
發明內容
本發明的目的，首先是提供一種對硫酸根離子具有快速高效吸附性能的聚間苯二胺吸附劑及其制備方法，其合成過程簡單，成本低，硫酸根吸附容量大，可高效解吸循環使用；其次是提供應用聚間苯二胺吸附劑處理含硫酸根廢水的處理及解吸方法，該方法操作簡單，時間短，使用方便。本發明的目的是通過以下方式實現的。一種脫除水體中硫酸根離子的吸附劑的制備方法在間苯二胺水溶液中，加入氧化劑過硫酸銨，室溫(15 40°C )下攪拌反應，過濾、洗滌，烘干即得聚間苯二胺吸附劑。所述的間苯二胺水溶液的質量百分比的5 20%，氧化劑與間苯二胺的摩爾比為1 0. 5 2。所述反應時間為5 24h。所述的吸附劑用于吸附脫除水體中硫酸根離子。具體是取聚間苯二胺吸附劑加入到含硫酸根離子水溶液，室溫下攪拌反應1 60min后，過濾。硫酸根離子溶液的初始pH值為1. 0 10，溶液中硫酸根離子的初始濃度為500 IOOOOmg ·廠1 ；聚間苯二胺按照聚間苯二胺質量與硫酸根離子溶液體積比為3 35g · L-1 加入；吸附后的聚間苯二胺的可解吸并循環使用用體積比1 1的氨水洗滌吸附后的聚間苯二胺，解析時間為5min，再用蒸餾水洗至濾液呈中性。本發明的有益效果(1)本發明提供的聚間苯二胺吸附劑合成過程工藝簡單，間苯二胺是染料、涂料等工業領域的常規原料，反應常溫操作，沒有苛刻的生產條件要求，不需要特殊的后處理手段，成本低。(2)聚間苯二胺吸附劑可高效吸附水體中硫酸根離子，吸附劑的吸附容量高于現有的絕大部分的硫酸根吸附劑，最高可達到107mg · g—1。吸附時間短，在IOmin左右即能到
達平衡。(3)解吸效率高。吸附后的聚間苯二胺用氨水在5min內可實現再生，再生率高，循環吸附數次后聚間苯二胺吸附硫酸根離子的性能基本不衰減，五次循環吸附后累積吸附容量達488mg · 可實現多次循環吸附。
具體實施例方式以下以具體的實施例來說明本發明中涉及到的聚間苯二胺的制備方法及其應用于脫除硫酸根離子的方法。實施例1 聚間苯二胺的制備取0. 0925mol (10. Og)間苯二胺(mPD)溶于175mL蒸餾水中，加入250mL四口燒瓶中，置于25°C水浴中攪拌20min，使單體溶液充分混勻；取0. 0925mol (21. Ig)過硫酸銨 (APS)溶于55mL蒸餾水中(1. 682mol · L-1)，逐步滴加加入反應體系(20min左右加完)，繼續攪拌反應5h。抽濾，分別用蒸餾水、1 1氨水、蒸餾水潤洗二次。將洗滌后的產物放入 60°C烘箱中烘干至恒重，得到黑色聚間苯二胺粉末。稱重并計算其產率為69%。本發明利用聚間苯二胺吸附水體中硫酸根離子，具體實施步驟如以下實施例所
7J\ ο實施例2300C的恒溫水浴條件下，用200mg由實施例1制備的聚合物對15mL 2000mg · L—1 的硫酸鈉溶液進行吸附反應，反應時間為60min ；其中分別調節含硫酸根溶液的初始pH為 1. 5,1. 65、1. 75,2. 0,2. 5,3. 0,4. 0、8。反應后的混合溶液過濾并用干燥燒杯收集，濾液中硫酸根離子的濃度采用鉻酸鋇分光光度法測定。不同溶液初始PH下，聚合物對硫酸根離子的吸附率與吸附量如表1所示。結果發現，PH越低越有利于聚間苯二胺對硫酸根離子的吸附。 本實施例結果表明本發明提供的聚間苯二胺可以有效地處理冶煉、礦山、制藥等酸性廢水。表 權利要求
1.一種脫除水體中硫酸根離子的吸附劑的制備方法，其特征在于，在間苯二胺水溶液中，加入氧化劑過硫酸銨，室溫下攪拌反應，過濾、洗滌，烘干即得聚間苯二胺吸附劑。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的間苯二胺水溶液的質量百分比為5 20%，氧化劑與間苯二胺的摩爾比為1 0.5 2。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述反應時間為5 Mh。
4.一種脫除水體中硫酸根離子的吸附劑，其特征在于，是由權利要求1 3任一項所述的方法制備得到的吸附劑。
5.權利要求4所述的吸附劑的應用方法，其特征在于，用于吸附脫除水體中硫酸根離子。
6.根據權利要求5所述的應用方法，其特征在于，取聚間苯二胺吸附劑加入到含硫酸根離子的水溶液中，室溫下攪拌反應1 60min后，過濾。
7.根據權利要求6所述的應用方法，其特征在于，硫酸根離子溶液的初始PH值為 1. 0 10，溶液中硫酸根離子的初始濃度為500 IOOOOmg ；聚間苯二胺按照聚間苯二胺質量與硫酸根離子溶液體積比為3 35g · Γ1加入。
8.根據權利要求5所述的應用方法，其特征在于，吸附后的聚間苯二胺可解吸并循環使用用體積比1 1的氨水洗滌吸附后的聚間苯二胺，解析時間為5min，再用蒸餾水洗至濾液呈中性。
全文摘要
本發明涉及一種脫除水體中硫酸根離子的吸附劑及其制備和應用。該吸附劑以間苯二胺為單體，以過硫酸銨為氧化劑，室溫下通過化學氧化聚合反應得到聚間苯二胺吸附劑，其合成工藝簡單，成本低，對水體中硫酸根的脫除效果好，吸附量可達到107mg·g-1以上，無二次污染。對硫酸根離子濃度低于500mg·L-1的廢水的處理效果能達到95％以上。吸附速率快，十分鐘內就能達到吸附平衡。多次解吸結果表明，聚間苯二胺解吸率在95％左右，可有效循環使用。
文檔編號B01J20/26GK102247818SQ20111013918
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月27日 優先權日2011年5月27日
發明者張理源, 彭兵, 楊衛春, 楊志輝, 柴立元, 桑培倫, 王海鷹, 閔小波 申請人:中南大學