Fe304-Mn02吸附劑的制備及利用其去除水中鎘（II)的方法
【專(zhuān)利摘要】Fe304-Mn02K附劑的制備及利用其去除水中鎘（II)的方法，它涉及一種復(fù)合吸附劑的制備方法及利用吸附劑去除水中鎘（II)的方法。本發(fā)明目的是要解決現(xiàn)有存在用于去除水中鎘（II)的吸附劑存在吸附處理時(shí)間長(zhǎng)，回收困難的問(wèn)題。Fe304-Mn02M合吸附劑的制備方法：按FeS04-7H20與KMn04摩爾比1:1利用FeSO4?7H20、聚乙烯吡咯烷酮、去離子水、NaOH和KMn04制備而成。去除水中鎘（II)的方法：調(diào)節(jié)含鎘（II)污染水的pH,加入Fe304-Mn02m合吸附劑攪拌吸附，即可完成鎘的快速去除。優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)對(duì)鎘（II)高效去除。本發(fā)明主要用于去除污染水中鎘（II)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
Fe3O4-MnO2吸附劑的制備及利用其去除水中鎘(II )的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合吸附劑的制備方法及利用吸附劑去除水中鎘(II )的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，鎘元素被廣泛應(yīng)用于電鍍工業(yè)、化工業(yè)、電子業(yè)和核工業(yè)等領(lǐng)域，產(chǎn)生了大量的含鎘廢水，廢水若不達(dá)標(biāo)排放會(huì)給生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展和人類(lèi)的身體健康帶來(lái)嚴(yán)重威脅。鎘污染事件的發(fā)生頻率逐漸增加，給環(huán)境帶來(lái)污染，影響水生生物的安全，易引起受污染地區(qū)居民心理恐慌，給人類(lèi)的生命健康帶來(lái)不利影響。如2005年12月15日，廣東北江流域鎘污染事件；2009年8月3日，湖南瀏陽(yáng)鎘污染事件；2011年9月，云南曲靖鎘污染事件；2012年I月15日，廣西龍江鎘污染事件等。
[0003]目前處理受到鎘污染的廢水的主要方法有化學(xué)沉淀法、離子交換法、膜過(guò)濾法和吸附法等，其中吸附法因操作簡(jiǎn)便、處理成本低和處理效率高等優(yōu)點(diǎn)受到了人們的關(guān)注。但是現(xiàn)有用于去除水中鎘(II )的吸附劑存在問(wèn)題吸附處理時(shí)間長(zhǎng)，回收困難，導(dǎo)致吸附劑無(wú)法重復(fù)利用，增加處理成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是要解決現(xiàn)有用于去除水中鎘(II )的吸附劑存在吸附處理時(shí)間長(zhǎng)，回收困難的問(wèn)題，而提供一種Fe3O4-MnO2吸附劑的制備及利用其去除水中鎘(II )的方法。
[0005]Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑的制備方法，具體是按以下步驟進(jìn)行的:將
0.20moIFeSO4.7H20和10.0g聚乙烯吡咯烷酮溶于10mL去離子水中，混勻后加入900mL90°C的去離子水中，再加入0.40molNa0H，在溫度為90°C下攪拌反應(yīng)2min，然后加入
0.2molKMn04，并在溫度為90°C、攪拌條件下熟化3?6h，冷卻至室溫，去除上清液，先采用去離子水洗滌三次，再采用無(wú)水乙醇洗滌三次，在80°C下烘干I?3h，得到Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑。
[0006]利用上述Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑去除水中鎘(II )的方法，具體是按以下步驟完成的:將含鎘(II )污染水的PH調(diào)節(jié)為5?8，然后加入Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑攪拌吸附30min以上，即可完成鎘的快速去除。
[0007]所述Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑與含鎘(II )污染水中鎘(II )的質(zhì)量比為(40?60):1。
[0008]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn):一、本發(fā)明所述的Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑具有磁性，可以通過(guò)外加磁場(chǎng)或離心等方式分離回收并重復(fù)使用，不會(huì)引發(fā)水體的二次污染。二、本發(fā)明的吸附反應(yīng)速率較快，操作簡(jiǎn)單，無(wú)需安裝大型專(zhuān)用設(shè)備，能耗低，處理成本低，適合大量生產(chǎn)和工程應(yīng)用。三、本吸附劑處理效率高，向初始濃度為5.0mg/L的含鎘(II )污染水中按投加量為200mg/L投加Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑，通過(guò)計(jì)算可知平衡吸附量為24.84mg/g，鎘(II )的去除率達(dá)到99%以上；向初始濃度為1.0mg/L的含鎘(II )污染水中按投加量為200mg/L投加Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑，檢測(cè)處理后含鎘(II )污染水中鎘濃度低于5 μ g/L，達(dá)到國(guó)家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-2006)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為試驗(yàn)二含鎘(II )污染水濃度隨吸附時(shí)間的變化曲線；
[0010]圖2為試驗(yàn)二對(duì)比試驗(yàn)I含鎘(II )污染水濃度隨吸附時(shí)間的變化曲線；
[0011]圖3為試驗(yàn)二對(duì)比試驗(yàn)2含鉻(VI )污染水濃度隨吸附時(shí)間的變化曲線；
[0012]圖4為試驗(yàn)四Langmuir吸附等溫線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式是Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑的制備方法，具體是按以下步驟進(jìn)行的:將0.20moIFeSO4.7H20和10.0g聚乙烯吡咯烷酮溶于10mL去離子水中，混勻后加入900mL90°C的去離子水中，再加入0.40molNa0H，在溫度為90°C下攪拌反應(yīng)2min，然后加入0.2moIKMnO4，并在溫度為90°C、攪拌條件下熟化3?6h，冷卻至室溫，去除上清液，先采用去離子水洗滌三次，再采用無(wú)水乙醇洗滌三次，在80°C下烘干I?3h，得到Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑。
[0014]反應(yīng)原理:
[0015]當(dāng)鐵錳摩爾比為4.5:1，恰好發(fā)生式(I)和⑵的化學(xué)反應(yīng):
[0016]FeS04+2Na0H — Fe (OH) 2+Na2S04 (I)
[0017]9Fe (OH) 2+2KMn04 — 3Fe304+2Mn02+2K0H+8H20 (2)
[0018]本實(shí)施方式中鐵錳摩爾比為1:1，多余的KMnO4發(fā)生(3)反應(yīng):
[0019]4KMn04+2H20 — 4Mn02+302+4K0H (3)
[0020]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一的不同點(diǎn)是:在溫度為90°C、攪拌條件下熟化3h。其他與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0021]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二之一不同點(diǎn)是:在80°C下烘干2h。其他與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0022]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式利用Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑去除水中鎘(II )的方法，具體是按以下步驟完成的:將含鎘(II )污染水的PH調(diào)節(jié)為5?8，然后加入Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑攪拌吸附30min以上，即可完成鎘的快速去除。
[0023]本實(shí)施方式所述的Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑是【具體實(shí)施方式】一制備的。
[0024]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】四的不同點(diǎn)是:所述Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑與含鎘(II )污染水中鎘(II )的質(zhì)量比為(40?60):1。其他與【具體實(shí)施方式】四相同。
[0025]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】四或五之一不同點(diǎn)是:將含鎘(II )污染水的PH調(diào)節(jié)為6.8。其他與【具體實(shí)施方式】四或五相同。
[0026]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】四至六之一不同點(diǎn)是:所述Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑與含鎘(II )污染水中鎘(II )的質(zhì)量比為60:1。其他與【具體實(shí)施方式】四至六相同。
[0027]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】四至七之一不同點(diǎn)是:加入Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑攪拌吸附40min。其他與【具體實(shí)施方式】四至七相同。
[0028]采用下述試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明效果
[0029]試驗(yàn)一 =Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑的制備方法，具體是按以下步驟進(jìn)行的:將
0.20moIFeSO4.7H20和10.0g聚乙烯吡咯烷酮溶于10mL去離子水中，混勻后加入900mL90°C的去離子水中，再加入0.40molNa0H，在溫度為90°C下攪拌反應(yīng)2min，然后加入
0.2molKMn04，并在溫度為90°C、攪拌條件下熟化4h，冷卻至室溫，去除上清液，先采用去離子水洗滌三次，再采用無(wú)水乙醇洗滌三次，在80°C下烘干2h，得到Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑。
[0030]試驗(yàn)二:利用Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑去除水中鎘(II )的方法，具體是按以下步驟完成的:將含鎘(II )污染水的PH調(diào)節(jié)為6.8，然后加入Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑攪拌吸附40min，即可完成鎘的快速去除；所述Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑與含鎘(II )污染水中鎘(II )的質(zhì)量比為40:1。
[0031]本試驗(yàn)所述的Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑是試驗(yàn)一制備的。
[0032]本試驗(yàn)所述的含鎘(II )污染水中鎘(II )的初始濃度為5.0mg/L。
[0033]圖1為試驗(yàn)二含鎘(II )污染水濃度隨吸附時(shí)間的變化曲線；通過(guò)圖1可知在吸附前5min內(nèi)，鎘(II )的濃度迅速降低，當(dāng)吸附時(shí)間達(dá)到30min時(shí)鎘(II )的濃度降低至
0.047mg/L，鎘(II )的去除率為99.06 %，吸附時(shí)間達(dá)到40min時(shí)鎘(II )的濃度降低至
0.046mg/L，鎘(II )的去除率為 99.08%。
[0034]試驗(yàn)二對(duì)比試驗(yàn)1:利用Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑去除水中鎘(II )的方法，具體是按以下步驟完成的:將含鎘(II )污染水的PH調(diào)節(jié)為6.8，然后加入Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑攪拌吸附40min，即可完成鎘的快速去除；所述Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑與含鎘(II )污染水中鎘(II )的質(zhì)量比為40:1 ;所述的含鎘(II )污染水中鎘(II )的初始濃度為5.0mg/L。
[0035]本試驗(yàn)所述的Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附是按以下步驟制備的:將0.45moIFeSO4.7H20和10.0g聚乙烯吡咯烷酮溶于10mL去離子水中，混勻后加入900mL90°C的去離子水中，再加入0.90molNa0H，在溫度為90°C下攪拌反應(yīng)2min，然后加入0.1OmolKMnO4,并在溫度為90°C、攪拌條件下熟化4h，冷卻至室溫，去除上清液，先采用去離子水洗滌三次，再采用無(wú)水乙醇洗滌三次，在80°C下烘干2h，得到鐵錳摩爾比為4.5:1的鐵錳復(fù)合吸附劑。
[0036]圖2為試驗(yàn)二對(duì)比試驗(yàn)I含鎘(II )污染水濃度隨吸附時(shí)間的變化曲線；通過(guò)圖2可知，吸附時(shí)間達(dá)到40min時(shí)鎘(II )的濃度為3.35mg/L，鎘(II )的去除率僅為33% ；與圖1對(duì)比可知，本發(fā)明制備的Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑對(duì)于鎘(II )的去除效果最好，對(duì)鎘(II )的去除率達(dá)到99%以上。
[0037]試驗(yàn)二對(duì)比試驗(yàn)2:利用Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑去除水中鉻(VI )的方法，具體是按以下步驟完成的:將含鉻(VI)污染水的PH調(diào)節(jié)為6.8，然后加入Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑攪拌吸附12h ;所述Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑與含鉻(W )污染水中鉻(W )的質(zhì)量比為40:1。
[0038]本試驗(yàn)所述的Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑是試驗(yàn)一制備的。
[0039]本試驗(yàn)所述的含鉻(VI)污染水中鉻(VI )的初始濃度為10.0mg/L。
[0040]圖3為試驗(yàn)二對(duì)比試驗(yàn)2含鉻(VI)污染水濃度隨吸附時(shí)間的變化曲線；通過(guò)圖
3可知，吸附時(shí)間達(dá)到12h時(shí)鉻(VI)的液濃度為9.62mg/L，鉻(VI)的去除率僅為3.8%，因此證明本發(fā)明制備的Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑對(duì)鉻(VI)幾乎沒(méi)有吸附效果。
[0041]試驗(yàn)二:利用Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑去除水中鎘(II )的方法，具體是按以下步驟完成的:將含鎘(II )污染水的PH調(diào)節(jié)為6.8，然后加入Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑攪拌吸附40min,即可完成鎘的快速去除；所述Fe304-Mn02復(fù)合吸附劑的投加量為200mg/g。
[0042]本試驗(yàn)所述的Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑是試驗(yàn)一制備的。
[0043]本試驗(yàn)所述的含鎘(II )污染水中鎘(II )的濃度分別為lmg/L、5mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L和 50mg/L。
[0044]Langmuir吸附等溫式如下所示:
[0045]qe = QmKLCe/(l+KLCe)；
[0046]線性表達(dá)式為:
[0047]Ce/qe = I/(QmKL)+Ce/Qm;
[0048]式中:
[0049]qe——鎘(II )離子在吸附劑表面的平衡吸附量(mg/g)；
[0050]Ce——吸附平衡時(shí)鎘(II )離子的平衡濃度(mg/L)；
[0051]Qm-最大飽和吸附量(mg/g)；
[0052]Kl-和吸附平衡能量相關(guān)的Langmuir常數(shù)(L/mg)。
[0053]圖4為試驗(yàn)四Langmuir吸附等溫線圖；通過(guò)直線擬合得Qm = 66.23mg/g ；KL =13.73L/mg ；R2 = 0.9989,說(shuō)明線性擬合效果較好,吸附試驗(yàn)結(jié)果符合Langmuir吸附模型。
【權(quán)利要求】
1.Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑的制備方法是按以下步驟進(jìn)行的:將0.20mol FeSO4.7Η20和10.0g聚乙烯吡咯烷酮溶于10mL去離子水中，混勻后加入900mL90°C的去離子水中，再加入0.40mol NaOH，在溫度為90°C下攪拌反應(yīng)2min，然后加入0.2mol KMnO4，并在溫度為90°C、攪拌條件下熟化3?6h，冷卻至室溫，去除上清液，先采用去離子水洗滌三次，再采用無(wú)水乙醇洗滌三次，在80°C下烘干I?3h，得到Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于在溫度為90°C、攪拌條件下熟化4h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于在80°C下烘干2h。
4.利用權(quán)利要求1所述的Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑去除水中鎘(II)的方法，其特征在于利用Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑去除水中鎘(II )的方法是按以下步驟完成的:將含鎘(II )污染水的PH調(diào)節(jié)為5?8，然后加入Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑攪拌吸附30min以上，即可完成鎘的快速去除。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用？6304-1^02復(fù)合吸附劑去除水中鎘(II)的方法，其特征在于所述Fe3O4-MnO2復(fù)合吸附劑與含鎘(II )污染水中鎘(II )的質(zhì)量比為(40?60):1。
【文檔編號(hào)】C02F1/28GK104209082SQ201410528957
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】趙健慧, 崔福義, 趙志偉 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)