[发明专利]一种用水滑石除去水溶液中金属离子的方法

说明书

技术领域

本发明涉及水处理领域，具体地，本发明涉及一种用水滑石除去水溶液中金属离子的方法。

背景技术

随着工业生产和城市现代化的发展，环境污染越来越严重。由于水是人类赖以生存和发展的物质基础，因此水质污染问题引起人们的关注。重金属是水环境的主要污染物之一，主要来自电镀、采矿、冶金、化工等工业，具有潜在的危害性。废水中常见的重金属是砷、汞、铬、铅、镉等，这些重金属及其化合物在水体迁移转化过程中只发生形态变化，不会消失，是累积性毒物，无论对植物还是人体都具有毒害作用。对植物主要是通过植物根部吸收进入植物体内，过量则直接影响植物的生长发育，严重时导致植物的枯萎、死亡；对人体而言，有害重金属元素主要通过消化道、呼吸道、皮肤等途径进入人体，并主要存留在肝脏、肾脏、脑等器官组织，过量时则对人体器官造成危害，严重时造成器官功能完全丧失。此外，有些元素还可以和人体蛋白质酶和氨基酸内的官能团结合，最终造成人体出现许多疾病，对人体健康造成极大危害。另外，某些地区的地下水或其它水源含有对人体有害的重金属离子如镉离子、铅离子和汞离子等，如不进行处理，直接饮用，会导致地方病的发生，如日本水俣湾由汞中毒造成的“水俣病”，神通川流域因镉造成的“痛痛病”就是重金属污染给人体健康带来损害的典型事实。另一方面，核工业的核废液中放射性重金属离子，也会对人体和环境带来严重危害。

水溶液中重金属离子处理方法主要有：沉淀法、电化学法、吸附法、膜分离法、分子印迹法、光催化法等。

(1)沉淀法：沉淀法就是通过化学反应使重金属离子变成不溶性物质而沉淀出来。其优点是去除范围广、效率高、经济简便，比如氢氧化物沉淀法(直接加NaOH、Ca(OH)₂)，硫化物沉淀法(直接投Na₂S)等。近十年出现了铁氧体共沉淀法：使废水中的各种金属离子形成铁氧体晶粒一起沉淀出来，使水溶液得到净化。

(2)电化学法：电化学法是对重金属离子废水进行电解时，废水中的重金属离子在阴极得到电子被还原，这些重金属或沉淀在电极表面或沉淀到反应槽底部从而降低水溶液中重金属含量。该法主要应用于中小型电镀厂电镀废水的处理，如处理含铬废水，但该法耗电量大，不太适合处理浓度较低的水溶液。

(3)吸附法：吸附法包括物理吸附法、树脂吸附法和生物吸附法。物理吸附主要是选用具有高的比表面积和表面具有高度发达的空隙结构，如活性炭、矿物质、分子筛等作为吸附剂。这些吸附剂具有制备简单、操作简单、可循环使用等优点，但其去除效率有限，价格高(如活性炭纤维)。树脂吸附法具有环保的优点，对于分离纯化回收重金属有显著效果。生物吸附法是利用生物体的化学结构及成分特性来吸附溶于水中的重金属离子，具有来源广泛且价格便宜、吸附剂可以降解、不会发生二次污染等优点，但生物吸附剂的机械强度弱、化学稳定性差，因此并没有广泛的应用于工业生产中。

(4)膜分离法：该法是利用一种特殊的半透膜，在外界压力作用下，不改变溶液中化学形态的基础上，将溶剂和溶质进行分离或凝缩的方法，包括反渗透、超滤、电渗析、液膜等。该法虽然能用于含重金属废水的处理，但是存在膜组件昂贵，在使用过程中容易受到污染而影响去除效果的问题。

(5)分子印迹法：该法主要是利用所合成的聚合物内部含有特殊的结构对所使用的印迹分子的高度选择识别性能进行各种研究。若将与金属离子相配合功能单体和金属离子形成络合物，通过后处理除去印迹分子，即得到金属离子印迹聚合物，则该聚合物就有了较好的选择性。

(6)光催化法：该法是利用光催化剂表面的光生电子或空穴等活性物质，通过还原或氧化反应去除水相中的金属离子。但该方法还处于研究阶段，并没有实现工业上的应用。

现有技术在处理含有重金属离子的水溶液时，或是操作不便，易引起二次污染，或是去除效率不高，成本高(如膜分离法)，或是存在添加的吸附剂机械强度弱，化学稳定性差(如生物吸附法)等缺点。

水滑石类化合物(LDHs)是一类具有层状结构的新型无机功能材料，它可以用作催化剂、催化剂载体等，在医药上可以用作抗酸药，在功能高分子材料添加剂方面可以用作红外吸收材料、紫外吸收和阻隔材料、结构完整性无机分散相、新型杀菌材料、新型阻燃材料、聚氯乙烯稳定剂等。

发明内容

本发明的目的就是提供一种用水滑脱除水溶液中重金属离子的方法，一种采用纯碱工业中的废弃物氯化钙和卤水氯化镁分别制备钙铝水滑石和镁铝水滑石，并用合成的水滑石脱除废水溶液中汞、铬、铅、砷、镉、锡、铜、锌等重金属的方法。