一种球形脱汞吸附剂的制备方法与产品及其应用技术

本发明专利技术公开了一种球形脱汞吸附剂的制备方法与产品及其应用。该制备方法包括：将浓度为0.2％～50％的海藻酸钠溶液滴入浓度大于0.001％的钙盐溶液中，并静置直至海藻酸钠与钙盐充分反应，获得直径为1mm～7mm的海藻酸钙凝胶球；将所述海藻酸钙凝胶球置于改性溶液中浸渍0.1h～4h，使得改性溶液中的HCO3‑和CO32‑与海藻酸钙凝胶球的表面和孔隙内的Ca2+共沉淀，在海藻酸钙凝胶球的表面和孔隙内生成CaCO3纳米晶体，获得所述球形脱汞吸附剂；在所述改性溶液中，HCO3‑和CO32‑‑的摩尔浓度之和为64.1mmol/L～256.4mmol/L。本发明专利技术通过对海藻酸钙凝胶球进行表面改性，由此改善吸附剂的吸附能力以及机械强度，具有商业化利用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于重金属吸附剂的制备与改良
，更具体地，涉一种球形脱汞吸附剂的制备方法与产品及其应用。
技术介绍
在工业生产过程中不仅会产生大量CO2、SOx、NOx，同时还会排放大量的工业废水。这种废水有别于市政污水，不仅含有高浓度的悬浮物、无机盐，同时还含有大量的重金属离子，如脱硫废水、灰渣废液及厂用污水等，这种废水如果不进行单独处理直接排放到环境中，必然会对生态和人们生活带来极大的危害。因此,工业污水必须在排放前进行单独而且有效的重金属处理。海藻酸钙由于具有良好的吸附特性、稳定性以及环境兼容性，从而成为重金属吸附剂中的常用材料。专利文献CN10426273A中公开了一种土壤重金属镉吸附微球，通过Ca2+与海藻酸钠交联固定形成不溶于水的海藻酸钙-聚丙烯酸钠微球，其镉吸附量可达8.7mg/g。然而其主要的吸附原理是基于高分子有机物表面基团的螯合作用，吸附能力以及吸附的重金属离子种类都很有限。同时，海藻酸钙的耐腐蚀力也较差，长时间使用容易失去吸附效用。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种球形脱汞吸附剂的制备方法与产品及其应用，其目的在于对海藻酸钙凝胶球进行表面改性，由此改善吸附剂的吸附能力以及机械强度。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种球形脱汞吸附剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将浓度为0.2％～50％的海藻酸钠溶液滴入浓度大于0.001％的钙盐溶液中，静置直至海藻酸钠与钙盐充分反应，获得直径为1mm～7mm的海藻酸钙凝胶球；(2)将海藻酸钙凝胶球在改性溶液中浸渍0.1h～4h，使得改性溶液中的HCO3-和CO32-与Ca2+共沉淀，并在海藻酸钙凝胶球的表面和孔隙内生成CaCO3纳米晶体，获得所述球形脱汞吸附剂；在所述改性溶液中，HCO3－和CO32－的摩尔浓度之和为64.1mmol/L～256.4mmol/L。优选地，所述步骤(1)中海藻酸钠溶液的浓度为1％～2％。优选地，所述步骤(1)中的钙盐为CaCl2或Ca(NO3)2，所述钙盐溶液的浓度为1％～2％。优选地，所述步骤(1)中的海藻酸钙凝胶球的直径为3mm～5mm。优选地，所述步骤(1)中静置的时间为1h～10h。优选地，所述步骤(2)中浸渍的时间为1h～3h。优选地，所述步骤(2)中的改性溶液为0.5％～2％的碳酸氢铵溶液。优选地，在所述步骤(2)之后还包括：将所述球形脱汞吸附剂冻干。按照本专利技术的另一方面，提供了一种采用上述制备方法的获得的球形脱汞吸附剂，所述球形脱汞吸附剂包括直径为1mm～7mm的海藻酸钙凝胶球，所述海藻酸钙凝胶球具有2nm～50nm的孔隙，所述海藻酸钙凝胶球的表面和孔隙内有CaCO3纳米晶体。优选地，所述球形脱汞吸附剂对汞离子的吸附容量大于55mg/g。按照本专利技术的另一方面，提供了一种上述球形脱汞吸附剂在汞的吸附中的应用。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于对海藻酸钙凝胶球进行表面改性，能够取得下列有益效果：1、由于表面和孔隙内部生成了CaCO3纳米晶体，经过改性后的海藻酸钙凝胶球的强度和硬度都大幅提高，球形脱汞吸附剂的表面更为光滑圆润；经验证水力冲蚀对球形脱汞吸附剂的材料损失能够有效减少，球形脱汞吸附剂的抗水利冲蚀能力较普通的海藻酸钙凝胶球增强约20％；2、CaCO3纳米晶体的形成，使得球形脱汞吸附剂中的羧酸根与金属配位位点的空缺增加，从而提高了脱汞效率；经验证发现，本专利技术方法制备的球形脱汞吸附剂对汞的吸附容量约可达55mg/g～75mg/g，脱除效率可达60％～100％，具有较好的吸附效果，尤其适用于酸性环境；3、本专利技术的制备过程简单，成本低廉，具有商业化利用前景。附图说明图1是本专利技术实施例1的制备流程示意图；图2是实施例1中所制备的脱汞吸附剂微球的扫描电子显微镜示意图；图3是实施例1中所制备的脱汞吸附剂微球的孔隙分布示意图；图4是实施例1中所制备的脱汞吸附剂微球的FTIR示意图；图5是实施例1中所制备的脱汞吸附剂微球在不同pH条件下的吸附容量变化示意图；图6是实施例1中所制备的脱汞吸附剂微球在不同固液比条件下的吸附效率变化示意图；图7是实施例1中所制备的脱汞吸附剂微球随时间变化的吸附容量变化示意图；图8是实施例1中所制备的脱汞吸附剂微球抗水力冲蚀磨损能力对比示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供了一种球形脱汞吸附剂的制备方法，该制备方法包括：(1)将浓度为0.2％～50％的海藻酸钠溶液滴入浓度大于0.001％的CaCl2、Ca(NO3)2等可溶性中强酸钙盐溶液中，并静置1h～10h直至海藻酸钠与钙盐充分反应，由于海藻酸钠中存在对钙离子具有强络合能力的羧基位点，这些羧基位点在海藻酸钙骨架上以“蛋盒”的形式排列，一旦有钙离子靠近时，相邻的两个羧基会分别提供一个空位电子与钙离子配对，以桥接的形式与一个钙离子络合，从而形成一种互穿网络联接的凝胶结构，最后形成直径为1mm～7mm的海藻酸钙凝胶球；所述海藻酸钙凝胶球具有2nm～50nm的孔隙，所述海藻酸钙凝胶球的表面和孔隙内具有CaCO3纳米晶体；其中，海藻酸钙凝胶球的体积与海藻酸钠溶液的浓度以及滴入的速度相关，海藻酸钙凝胶球的体积过大，则比表面积较小，影响球形脱汞吸附剂的吸附能力，而体积过小时，则造成球形脱汞吸附剂的机械强度降低；当海藻酸钠溶液的浓度为1％～2％时，更易得到最佳直径为3mm～5mm的海藻酸钙凝胶球；钙盐溶液的浓度则影响浸渍时间以及生成的海藻酸钙凝胶球的形貌，当钙盐溶液的浓度为1％～2％、浸渍的时间为1h～3h的条件下，能获得形貌均匀的藻酸钙凝胶球；(2)将所述海藻酸钙凝胶球置于改性溶液中浸渍0.1h～4h，在所述改性溶液中，HCO3-和CO32-的摩尔浓度之和为64.1mmol/L～256.4mmol/L，例如可以0.5％～2％的碳酸氢铵溶液作为改性溶液；改性溶液中的HCO3-和CO32-与海藻酸钙凝胶球的表面和孔隙内的Ca2+共沉淀，从而生成CaCO3纳米晶体，获得所述球形脱汞吸附剂；该CaCO3纳米晶体不仅能在海藻酸钙表面形成一层稳定致密的矿物层，还因为钙离子的离子键合作用而使得原来海藻酸钙凝胶球蛋盒模型中的羧酸根结合位空缺，这种空缺形式可以非常有效的提高金属离子附着在球形脱汞吸附剂表面的几率，从而大大增加球形脱汞吸附剂的吸附效果；而改性溶液的浓度以及浸渍的时间会影响球形脱汞吸附剂的稳定性，改性溶液的浓度过低或浸渍时间过短，会使得CaCO3纳米晶体的矿化位点太少，影响球形脱汞吸附剂的机械强度；反之，球形脱汞吸附剂的表面会形成巨大的碳酸根离子浓度梯度，从而使得球形脱汞吸附剂在使用时，在固液相界面处形成巨大的电化学势，使得球形脱汞吸附剂表面的钙离子从固相上逃逸出来而扩散到液相环境中，从而大大破坏球形脱汞吸附剂的结构稳定性，同时CaCO3纳米晶体的比例过高，也会减少海藻酸钙表面的结合位点，从而影响其吸附性能；因此，浸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球形脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将浓度为0.2％～50％的海藻酸钠溶液滴入浓度大于0.001％的钙盐溶液中，静置直至海藻酸钠与钙盐充分反应，获得直径为1mm～7mm的海藻酸钙凝胶球；(2)将海藻酸钙凝胶球在改性溶液中浸渍0.1h～4h，使得改性溶液中的HCO3‑和CO32‑与Ca2+共沉淀，并在海藻酸钙凝胶球的表面和孔隙内生成CaCO3纳米晶体，获得所述球形脱汞吸附剂；在所述改性溶液中，HCO3－和CO32－的摩尔浓度之和为64.1mmol/L～256.4mmol/L。

【技术特征摘要】
1.一种球形脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将浓度为0.2％～50％的海藻酸钠溶液滴入浓度大于0.001％的钙盐溶液中，静置直至海藻酸钠与钙盐充分反应，获得直径为1mm～7mm的海藻酸钙凝胶球；(2)将海藻酸钙凝胶球在改性溶液中浸渍0.1h～4h，使得改性溶液中的HCO3-和CO32-与Ca2+共沉淀，并在海藻酸钙凝胶球的表面和孔隙内生成CaCO3纳米晶体，获得所述球形脱汞吸附剂；在所述改性溶液中，HCO3－和CO32－的摩尔浓度之和为64.1mmol/L～256.4mmol/L。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中海藻酸钠溶液的浓度为1％～2％。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述静置的时间为1h～10h。4.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭阳，龚勋，徐明厚，胡迎超，黄经春，李小敏，毛明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42