本發(fā)明涉及重金屬去除領(lǐng)域，具體涉及一種適用于電鍍廢水處理、吸附能力強(qiáng)的CuS納米晶吸附劑及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
重金屬?gòu)U水是環(huán)境中重金屬污染物的主要來(lái)源之一。電子電鍍、制革、礦業(yè)采選業(yè)是典型的重金屬污染行業(yè)，占工業(yè)廢水排放總量的16％。其中電鍍廢水的來(lái)源有鍍件清洗水、鍍電鍍液以及其它廢水等。電鍍廢水常與電鍍生產(chǎn)的工藝條件、生產(chǎn)負(fù)荷與操作管理等因素有關(guān)，其成分不易控制，重金屬形態(tài)復(fù)雜，背景離子濃度較高，且常與有機(jī)物共存。
目前電鍍廢水采用的廢水治理方法有很多，如化學(xué)沉淀法、離子交換法、膜分離法、電解法、吸附法、生物法等。吸附法作為重金屬?gòu)U水處理的主流技術(shù)之一，在應(yīng)對(duì)復(fù)雜多樣的電鍍廢水時(shí)，須采用多步分級(jí)處理以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。特別是在2008年實(shí)行新標(biāo)準(zhǔn)《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB21900-2008》后，常規(guī)處理較難達(dá)到新的排放標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)由于傳統(tǒng)吸附材料吸附處理能力有限，存在用料量大，工藝流程長(zhǎng)以及運(yùn)行成本高等問(wèn)題，且不能保證廢水處理穩(wěn)定進(jìn)行，難以滿足電鍍廢水處理的需求。發(fā)展高效吸附材料是實(shí)現(xiàn)電鍍廢水深度處理的關(guān)鍵。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種CuS納米晶吸附劑及其制備方法與應(yīng)用。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種CuS納米晶吸附劑，該吸附劑為CuS納米晶，用于脫除廢水中的Cu2+，該吸附劑具有大的比表面積和高反應(yīng)活性，對(duì)電鍍銅廢水中的Cu2+具有超高親和性,比表面積為180～400m2/g。
所述的CuS納米晶吸附劑的形狀為海膽狀、劍麻狀或鮮花狀的一種，粒徑大 小為50～500nm。
一種如上述的CuS納米晶吸附劑的制備方法，包括以下幾個(gè)步驟：
(1)在含銅鹽中加入蒸餾水，通過(guò)超聲進(jìn)行充分溶解得到銅鹽溶液；
(2)將硫源注入步驟(1)所得的銅鹽溶液中，低溫下反應(yīng)得到CuS納米晶；
(3)通過(guò)離心得到固體CuS納米晶，然后對(duì)其進(jìn)行清洗、真空干燥，得到CuS納米晶吸附劑。
步驟(1)所述的含銅鹽包括CuCl2、CuSO4或Cu(NO3)2中的一種或者多種，銅鹽溶液采用蒸餾水進(jìn)行配置。
步驟(2)所述的硫源包括Na2S、CH3CSNH2、CN2H4S或C3H7NO2S中的一種或者多種，硫源的添加量為硫源與含銅鹽的化學(xué)計(jì)量比為(1～3)：1，硫源注入所述銅鹽溶液的速度為50～100μl/s。
步驟(2)所述反應(yīng)的反應(yīng)溫度為50～90℃。
步驟(3)所述真空干燥的溫度為30～60℃。
一種如上述的CuS納米晶吸附劑的應(yīng)用，該吸附劑應(yīng)用于含電鍍廢水中Cu2+的脫除，包括以下幾個(gè)步驟：
(1)將CuS納米晶吸附劑與水進(jìn)行充分混合，制備成CuS納米晶吸附劑質(zhì)量百分含量為10～20％的納米勻漿；
(2)將步驟(1)所得的納米勻漿加入到預(yù)調(diào)pH的電鍍廢水中，慢速攪拌混合，將電鍍廢水中的重金屬離子吸附到CuS納米晶吸附劑上，進(jìn)行Cu2+的脫除，達(dá)到去除重金屬的目的；
步驟(2)所述的電鍍廢水在處理之前進(jìn)行pH的預(yù)調(diào)，將pH調(diào)節(jié)至6～8。
步驟(2)中Cu2+的脫除時(shí)間為≥10min。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下幾方面：
(1)本發(fā)明以CuS納米晶為吸附劑，充分利用納米晶的高比表面積和反應(yīng)活性，及CuS對(duì)銅離子較高的選擇性和靈敏性，實(shí)現(xiàn)對(duì)電鍍銅廢水的高效處理。
(2)本發(fā)明制備過(guò)程簡(jiǎn)單，易于控制，制備的吸附材料為不規(guī)則的海膽狀、劍麻狀或鮮花狀CuS納米晶，具有較大的吸附容量，因此用于電鍍銅廢水的處理其使用量較少。
(3)本發(fā)明所制備的吸附劑通過(guò)對(duì)廢水中銅離子的吸附去除，可以在吸附劑與銅離子的接觸中直接實(shí)現(xiàn)，節(jié)省了破絡(luò)合劑的使用。
(4)本發(fā)明所制備的CuS納米晶吸附劑對(duì)電鍍銅廢水銅離子的吸附時(shí)間僅為10min，相對(duì)于傳統(tǒng)工藝大大縮短了處理時(shí)間。
(5)本發(fā)明所制備的CuS納米晶吸附劑處理電鍍銅廢水能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，廢水達(dá)標(biāo)排放。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
稱取10g CuCl2置于裝有1000mL蒸餾水的燒杯中，超聲混合5min獲得CuCl2溶液；同時(shí)配置100ml硫源溶液(CN2H4S 8g，聚乙二醇0.50g)。在磁力攪拌的狀態(tài)下將所配置的硫脲溶液以55μl/s注入CuCl2溶液中，于50℃下反應(yīng)5h。反應(yīng)完成后，通過(guò)離心將吸附劑從溶液中分離出來(lái)，蒸餾水洗滌后，于80℃下真空干燥，制得鮮花狀CuS納米晶作為電鍍銅廢水吸附劑。經(jīng)檢測(cè)，CuS納米晶的比表面積為180m2/g。
將上述制備好的鮮花狀CuS納米晶吸附劑投入蒸餾水中進(jìn)行分散，充分混勻30min后配置成15％的納米勻漿，注入電鍍銅廢水中(pH值6)，室溫25℃下，以100轉(zhuǎn)/分的低速攪拌混合，將廢水中的銅吸附到吸附劑上，廢水中的銅去除率達(dá)99％以上。其中所述吸附劑在廢水中的停留時(shí)間為10min。
實(shí)施例2
一種CuS納米晶吸附劑在電鍍銅廢水中的應(yīng)用，包括以下步驟：
(1)CuS納米晶的制備：將30g Cu(NO3)2置于裝有2000mL蒸餾水的燒杯中，超聲波處理30min獲得Cu(NO3)2溶液，同時(shí)配置200ml硫源溶液(CH3CSNH215g，羧甲基纖維素1g)。在磁力攪拌的狀態(tài)下將所配置的硫代乙酰胺溶液以100μl/s注入預(yù)配的Cu(NO3)2溶液中，于50℃下反應(yīng)10h。
(2)反應(yīng)完成后，通過(guò)離心將吸附劑從溶液中分離出來(lái)，蒸餾水洗滌后，于真空度為-1.0Mpa，60℃的條件下進(jìn)行真空干燥，制備得到劍麻狀CuS納米晶作為電鍍銅廢水吸附劑。
(3)所制備的CuS納米晶用于電鍍銅廢水的處理：將上述制備好的劍麻狀 CuS納米晶吸附劑加入適當(dāng)體積的蒸餾水中進(jìn)行分散，充分?jǐn)嚢杌靹?0min后即得20％的CuS納米晶勻漿。調(diào)節(jié)電鍍銅廢水的pH值至7，此時(shí)將上述配置的CuS納米晶勻漿投入，室溫下采用機(jī)械攪拌混合促進(jìn)吸附劑與重金屬的充分接觸，利用納米晶的高效吸附性能將電鍍銅廢水中的銅離子吸附去除，經(jīng)檢測(cè)，廢水中的銅去除率達(dá)99.5％。其中所述吸附劑在廢水中的停留時(shí)間為30min。
實(shí)施例3
一種CuS納米晶吸附劑在電鍍銅廢水中的應(yīng)用，包括以下步驟：
(1)CuS納米晶的制備：將25g CuSO4置于裝有2000mL蒸餾水的燒杯中，超聲波處理30min獲得CuSO4溶液，同時(shí)配置200ml硫源溶液(Na2S·9H2O 48g)。在磁力攪拌的狀態(tài)下將所配置的硫化鈉水溶液以50μl/s注入預(yù)配的Cu(NO3)2溶液中，并于90℃下反應(yīng)2h。
(2)反應(yīng)完成后，通過(guò)離心將吸附劑從溶液中分離出來(lái)，蒸餾水洗滌后，于50℃的條件下進(jìn)行真空干燥，制備得到海膽狀CuS納米晶作為電鍍銅廢水吸附劑。
(3)所制備的CuS納米晶用于電鍍銅廢水的處理：將上述制備好的海膽狀CuS納米晶吸附劑加入適當(dāng)體積的蒸餾水中進(jìn)行分散，充分?jǐn)嚢杌靹?0min后即得10％的CuS納米晶勻漿。將上述CuS納米晶勻漿加入經(jīng)預(yù)處理后的電鍍銅廢水中，使廢水的pH值為6-9之間即可，通過(guò)攪拌混合使吸附劑與重金屬的充分接觸，利用納米晶的高效吸附性能將電鍍銅廢水中的銅離子吸附去除。其中所述吸附劑在廢水中的停留時(shí)間為15min，反應(yīng)溫度為25℃。所述的吸附劑加入廢水的量為1.5L CuS納米晶勻漿/噸水。
實(shí)施例4
一種CuS納米晶吸附劑的制備方法及應(yīng)用，包括以下幾個(gè)步驟：
(1)在CuCl2中加入蒸餾水，通過(guò)超聲進(jìn)行充分溶解得到CuCl2溶液；
(2)將C3H7NO2S按照100μl/s的速度注入步驟(1)所得的CuCl2溶液中，90℃下反應(yīng)得到CuS納米晶；C3H7NO2S與CuCl2的化學(xué)計(jì)量比為3：1；
(3)通過(guò)離心得到固體CuS納米晶，然后對(duì)其進(jìn)行清洗、60℃真空干燥，得到CuS納米晶吸附劑，比表面積為300m2/g，粒徑大小為400～500nm，形狀為劍麻狀。
(4)將CuS納米晶吸附劑與水進(jìn)行充分混合，制備成CuS納米晶吸附劑質(zhì)量百分含量為20％的納米勻漿；所得的納米勻漿加入到預(yù)調(diào)pH為6～8的電鍍廢水 中，慢速攪拌混合，將電鍍廢水中的重金屬離子吸附到CuS納米晶吸附劑上，進(jìn)行Cu2+的脫除，脫除時(shí)間為10min，達(dá)到去除重金屬的目的。
實(shí)施例4
一種CuS納米晶吸附劑的制備方法及應(yīng)用，包括以下幾個(gè)步驟：
(1)在CuCl2中加入蒸餾水，通過(guò)超聲進(jìn)行充分溶解得到CuCl2溶液；
(2)將C3H7NO2S按照50μl/s的速度注入步驟(1)所得的CuCl2溶液中，50℃下反應(yīng)得到CuS納米晶；C3H7NO2S與CuCl2的化學(xué)計(jì)量比為1：1；
(3)通過(guò)離心得到固體CuS納米晶，然后對(duì)其進(jìn)行清洗、30℃真空干燥，得到CuS納米晶吸附劑，比表面積為400m2/g，粒徑大小為50～100nm，形狀為海膽狀。
(4)將CuS納米晶吸附劑與水進(jìn)行充分混合，制備成CuS納米晶吸附劑質(zhì)量百分含量為10％的納米勻漿；所得的納米勻漿加入到預(yù)調(diào)pH為6～8的電鍍廢水中，慢速攪拌混合，將電鍍廢水中的重金屬離子吸附到CuS納米晶吸附劑上，進(jìn)行Cu2+的脫除，脫除時(shí)間為10min，達(dá)到去除重金屬的目的。