[发明专利]一种同步去除废水中重金属的铁基材料制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及水污染控制领域，具体涉及一种同步去除工业废水中重金属的铁基材料制备方法及应用。

背景技术

随着中国人口的快速增长、工业生产规模的不断扩大和城市化的快速发展，我国工业废水的排放量不断增大，水体污染程度也越来越严重。工业废水的成分复杂，含有大量的难生物降解物质和毒害性污染物，其B/C值很低，重金属污染物难以被降解，只能转移其存在位置或转变物理化学形态，如离子交换处理后废水中的重金属离子转移到离子交换树脂上，经再生后又从离子交换树脂转移到再生废液中。工业废水具有高毒性、持久性和累积性等特点，排放到环境中不易被代谢，易被生物富集，不仅污染水环境、威胁水体安全，也严重威胁着人类和水生生物的生存。

工业废水处理除了要满足国家和相关部门的废水排放标准外，还要考虑经济成本、实用价值及操作简便等问题。针对单一重金属废水的处理相对简单，可以根据重金属的反应特性进行处理，但对含多种重金属离子的废水处理就困难得多。亚铁盐作为一种传统的无机混凝剂因为价廉易得、处理效果好、能够大规模工程化应用等优点，广泛运用于各种废水的混凝处理过程。亚铁在中碱性以及缺氧条件下容易与氢氧根离子形成结构复杂的结构态亚铁，例如在中碱性以及缺氧条件下能形成绿锈（GR），是一种具有多层结构的含有Fe(II)和Fe(III)的复合物，具有较强的吸附还原性能。而在无氧条件下能形成亚铁羟基络合物(FHC)，由于含有大量的亚铁以及羟基亚铁的特殊结构，对重金属或有机污染物等具有很强的还原吸附性能。

目前处理重金属废水的方法主要有三种：利用简单的化学反应将重金属离子转化为不溶性盐类或金属单质如中和沉淀法、硫化物沉淀法、化学还原法、电化学还原法等；利用具有特殊性能材料将重金属离子从水中提取出来的介质提取技术如吸附、离子交换等；利用新型膜过滤重金属离子的物理化学浓缩技术如电渗析、膜浓缩。但是化学沉淀法会产生大量污泥难以处理，电解法、离子交换法能耗极大，膜过滤法价格昂贵，生物修复法对高浓度重金属污染物耐受能力差。

目前对于去除重金属工业废水的铁基材料主要有纳米铁和改性双金属。纳米铁通过还原吸附去除工业废水中重金属，去除效率高，但纳米零价铁制备成本高、操作复杂、反应时间长；改性双金属如改性纳米钯-铁双金属、Ni-Fe双金属对废水中重金属也有较好的去除效果，对污染物的去除速率较快，去除率较高，但装置复杂，需要严格的操作条件，最关键是材料制备成本高。而多羟基亚铁类铁基材料去除污染物的反应条件温和，处理效率较高，制备简单，反应时间短，适用范围广，一些铁基材料如FHC已用于处理印染废水中的卤代芳香化合物、偶氮染料等研究，但多羟基铁基材料对工业废水中重金属的去除还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同步去除工业废水中重金属的铁基材料制备方法及应用。

本发明克服现有技术的不足，针对废水中重金属的处理难题，开发适用于废水中多种重金属同步去除的材料，提高废水处理效率，降低经济成本。针对废水中各种重金属适用pH、ORP条件不同、所需反应、沉淀条件不同、去除不同步的难题，制备一种用结构态亚铁同步去除工业废水中重金属的材料，用于重金属污染废水的高效净化处理，减少对受纳水体的污染。

为了实现本发明的目的，提出一种高效去除废水中重金属的铁基材料制备方法及应用，其技术方案是：首先制备铁基材料，然后将铁基材料与预处理之后的工业废水充分混合，搅拌，使铁基材料与工业废水充分反应20-60min，铁基材料通过吸附还原、离子交换、络合与共沉淀作用一次性去除工业废水中Cd、Co、Cu、Ag、Au、Zn、Ni、Pb以及类金属As、Se等，去除的重金属主要存在于结构态铁基材料内部或表面颗粒上，通过混凝沉淀，实现固液分离去除工业废水中的重金属。具体步骤如下：

（1）称取一定量的可溶性无机亚铁盐与三价铁盐混合物溶解于水中，控制Fe(II)在水中的浓度为1-3mol/L ，Fe(II)与Fe(III)的摩尔比为4:1；

（2）向步骤(1)所得水样中加入十二烷基苯磺酸钠作为分散剂，投加量为0.01-0.1g/L；

（3）向步骤(2)所得水样中缓慢加入含有5mol/L的NaOH和2mol/L的Na₂SiO₃混合液，一边投加一边搅拌，有利于形成SiO₃^2-与Fe²⁺/Fe³⁺的稳定水解体系和独特阴离子双层结构的铁基材料，控制悬浮液体系的pH值为10-12，搅拌反应20-40min；