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1、(10)申请公布号 CN 103896356 A (43)申请公布日 2014.07.02 CN 103896356 A (21)申请号 201210593234.2 (22)申请日 2012.12.27 C02F 1/28(2006.01) C02F 1/62(2006.01) (71)申请人 南开大学 地址 300071 天津市南开区卫津路 94 号 (72)发明人 王翠苹 李静 王宝琳 余力 孙红文 (54) 发明名称 一种新型材料电气石对酸性溶液中镉的吸附 (57) 摘要 本发明针对重金属污染治理技术中存在的问 题， 特别是吸附剂用于处理酸性水体重金属时吸 附量低的问题， 建立了一种新。
2、型材料电气石对酸 性溶液中镉离子有较好的吸附技术。电气石对 Cd2+离子的吸附受吸附时间、 温度及初始浓度的 影响。电气石对 Cd2+离子有快速和慢速吸附两个 阶段， 在 6h 前， 电气石对 Cd2+离子吸附迅速， 24h 后基本达到平衡， 48h后电气石对Cd2+离子的去除 率可达到 59.10 ； 在酸性、 中性及碱性条件下电 气石对 Cd2+均有较好的去除效果， 且在溶液 pH 为 4.0， 温度 15， 25 和 35时电气石对 Cd2+离子的饱 和吸附量分别为 31.77， 33.11 和 40.16mg/g。同 一温度条件下， 在溶液 pH 为 4.0， 溶液初始浓度 越高， 电。
3、气石对 Cd2+的吸附量越大， 随着温度的升 高， 电气石对Cd2+的吸附量有所上升。 电气石可用 于酸性溶液中重金属吸附， 该发明为废水治理特 别是酸性废水重金属污染的治理提供了新的材料 和理论依据。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103896356 A CN 103896356 A 1/1 页 2 1. 建立了一种新型材料 - 电气石对强酸性溶液中镉离子的吸附技术。 2. 权利 1 中电气石对强酸性溶液中镉离子的吸附特征 ：。
4、 电气石对 Cd2+吸附在 6h 前吸附迅速， 24h 后基本达到平衡 ； 溶液中 Cd2+初始浓度越高， 电气石对 Cd2+的吸附量越大 ； 随着温度的升高， 电气石对 Cd2+的吸附量有所上升 ； 在溶液pH为4.0， 温度15， 25和35时电气石对Cd2+离子的饱和吸附量分别为31.77， 33.11 和 40.16mg/g。 3. 权利要求 1 和 2 所所述的电气石能用于酸性单一或者共存重金属离子吸附， 或者实 际酸性废水的处理。 权 利 要 求 书 CN 103896356 A 2 1/3 页 3 一种新型材料电气石对酸性溶液中镉的吸附 技术领域 0001 本发明属于环境重金属污。
5、染治理领域， 具体涉及一种新型材料电气石在治理废水 特别是酸性废水中的重金属污染治理的应用。 技术背景 0002 随着工业化和城市化的推进， 电镀、 印染、 采矿、 冶金和化工等每年生产大量的含 重金属离子的废水， 从而导致重金属污染日益严重。重金属难降解并能通过食物链而生物 富集， 构成对生物和人体健康的严重威胁， 特别像镉 (Cd) 进入人体中主要累积在肝、 肾、 胰 腺、 甲状腺和骨骼中， 造成贫血、 高血压、 神经痛、 骨质松软、 肾炎和分泌失调等病症。 如何有 效治理废水重金属污染成为共同关注的问题。 0003 处理重金属废水常见方法主要有吸附法、 化学沉淀、 离子交换、 膜分离等方。
6、法。其 中， 化学沉淀、 离子交换、 膜分离对废水中重金属污染治理存在着成本高的问题， 而吸附法 便成为非常有效的常用方法。近几年， 许多天然矿物类吸附剂如沸石、 石英、 磷灰石、 针铁 矿、 方解石、 白云石等被应用于水体重金属吸附研究中。 然而这些吸附剂用于处理酸性水体 重金属吸附时吸附量低。因此， 寻求可治理酸性废水重金属污染的新型材料是环境科学关 注的热点问题。 0004 电气石 (tourmaline) 是一种良好的生态智能和功能材料， 也是很好的绿色环保 材料。它是一种典型的高温气成矿物， 其化学成分非常复杂。直到电气石晶体结构确定后， 比较合理的成分结构式才被提出， 通式为XYZ。
7、Si6O18(BO3)3W4， 式中XNa+， Ca2+， K+或者空位 ； Y Mg2+， Fe2+， Mn2+， Al3+， Fe3+， Mn3+， Cr3+， Ti4+， Li+； Z Al3+， Fe3+， Cr3+， Mg2+； W OH-， F， O2-， X， Y， Z 三位置的原子和离子种类不同， 导致电气石成分和颜色不同。电气石具有永久的自 发静电场的自发极化现象、 辐射远红外线、 释放负离子、 持续发生直流静电、 释放矿物质和 微量元素的特点。 0005 2011 年王翠苹等首次利用电气石吸附接近工业强酸性废水中重金属离子， 基本克 服了吸附法对酸性废水重金属吸附难的问题，。
8、 为酸性废水治理提供了一种新的吸附材料和 治理技术 发明内容 0006 本发明针对酸性重金属污染治理难且吸附量低的问题， 提出了一种新型材料 - 电 气石对强酸性废水中 Cd2+能快速、 有效去除。 0007 本发明的详细描述 ： 0008 在重金属污染的强酸性溶液中， 加入少量电气石， 对重金属进行吸附特性和吸附 量评价本发明所用电气石粒径为 800nm 的电气石， 购买于天津市鸿雁矿产品有限公司， 该 电气石产于新疆。主要化学成分为 ： SiO236.75， Al2O333.62， Fe2O312.19， TiO20.57， B2O39.78， FeO 1.7， CaO 0.4， MgO 。
9、4.76， K2O 0.14， Na2O 0.74， P2O50.19， H3O+1.0和 MnO 0.21。 说 明 书 CN 103896356 A 3 2/3 页 4 0009 具体工艺参数 ： 0010 1. 吸附时间对电气石去除 Cd2+的影响 0011 电 气 石 用 量 6g/L， 镉 离 子 溶 液 浓 度 为 100mg/L， 溶 液 pH 为 4.0， 吸 附 时 间 5min-48h。 0012 2.pH 值对电气石去除 Cd2+的影响 0013 为考察电气石在不同酸碱度溶液中对重金属吸附能力， 分别将 Cd2+溶液调整 2-8， 吸附时间为 24h， 电气石用量为 2g。
10、/L， 镉离子溶液浓度为 100mg/L。 0014 3. 温度对对电气石去除 Cd2+的影响 0015 为接近环境实际温度， 本实验温度分别采取为15， 25和35度， 溶液pH为4， 吸附时 间为 24h， 电气石用量为 2g/L， 镉离子溶液浓度为 100mg/L。 0016 4. 评价电气石对酸性溶液中 Cd2+的吸附性能 0017 采取常温温度为 25 度， 溶液 pH 为 4， 吸附时间为 24h， 电气石用量为 2g/L。 附图说明 0018 图 1 电气石吸附强酸性溶液中 Cd2+吸附动力学 0019 图 2 电气石对不同 pH 溶液中 Cd2+吸附 0020 图 3 初始浓度。
11、及温度对 Cd2+离子吸附效果的影响 0021 图 4 不同温度下电气石对 Cd2+离子吸附等温线 0022 为更好理解本发明的内容， 下面通过实施例对本发明作进一步的说明， 但所举之 例并不限制本发明的保护范围。 具体实施方式 0023 (1) 溶液配制 ： 准确称取 2.745g 硝酸镉 ( 分析纯， 天津市北科化学品有限责任公 司 )， 加入 10mL1mol/L HNO3， 用蒸馏水定容于 1L 的容量瓶中， 配制成 1g/L 的离子储备液。 分别取 25， 50， 75， 100， 125， 150， 175， 200mL 离子储备液， 用蒸馏水定容于 500mL 容量瓶中， 配制成。
12、 50， 100， 150， 200， 250， 300， 350， 400mg/L 的重金属离子溶液， 4冰箱避光保存。 0024 (2) 从动力学角度说明不同吸附时间的吸附效果 0025 为了得出电气石对酸性溶液中 Cd2+离子的吸附动力学特征， 将 Cd(NO3)2溶液调节 到 pH 为 4.0， 吸附温度 25时， 电气石用量调至 6g/L， 镉离子溶液浓度为 100mg/L， 进行重 金属离子动力学吸附试验。从附图 1 可以看出， 电气石对 Cd2+离子有快速和慢速吸附两个 阶段， 在6h前， 电气石对Cd2+离子吸附迅速， 24h后基本达到平衡， 48h后电气石对Cd2+离子 的去。
13、除率可达到 59.10。 0026 通过 Langmuir 模型计算得出， 在 pH 为 4.0， 温度 15， 25 和 35时电气石对 Cd2+离 子的饱和吸附量分别为 31.77， 33.11 和 40.16mg/g。因此， 电气石对酸性溶液中 Cd2+有较 好的吸附效果。 0027 (3) 电气石在不同 pH 条件下的吸附特性 0028 将浓度为100mg/L的Cd(NO3)2溶液， 初始pH分别调至2.0， 3.0， 4.0， 5.0， 6.0， 7.0， 8.0， 电气石用量为 4g/L， 吸附温度为 25恒温， 吸附时间 24h。 0029 由附图 2 可以看出， 溶液 pH 低。
14、于 4.0 时， 电气石对 Cd2+离子的吸附率低于 12 ； 说 明 书 CN 103896356 A 4 3/3 页 5 pH 在 4.0 6.0 之间， 吸附率为 31 49 ； 中性及碱性条件下电气石对 Cd2+吸附率为 55 59。说明在酸性、 中性及碱性条件下电气石对 Cd2+均有较好的去除效果， 特别是 在强酸性条件下 ( 相对工业废水酸度 )， 电气石对 Cd2+仍有良好的吸附效率， 这主要归结为 电气石能将酸性 ( 除 pH2.0 和 3.0 外 )、 中性或碱性溶液 pH 自动调整至 6.4 左右。 0030 (4) 初始浓度和温度对电气石吸附特性的影响 0031 吸附时间。
15、为24h， 将Cd(NO3)2溶液初始pH调整为4.0， 电气石用量为2g/L， Cd(NO3)2 初始浓度为 50， 100， 150， 200， 250， 300， 350， 400mg/L， 分别在不同温度下进行吸附实验。由 附图 3 可以看出， 同一温度条件下， 溶液初始浓度越高， 电气石对 Cd2+的吸附量越大。随着 温度的升高， 电气石对 Cd2+的吸附量有所上升。 0032 (5) 电气石对酸性溶液中 Cd2+吸附性能评价 0033 利用吸附 Freundlich 和 Langmuir 等温吸附模型对电气石在不同温度、 不同浓度 条件下 Cd2+离子吸附性能进行评价见附图 4， 。
16、表 2。 0034 电气石对强酸性溶液中 Cd2+离子吸附优于其他矿物材料 ( 表 2)。 0035 表 1 不同温度下 Cd2+在电气石上的等温吸附参数 0036 0037 表 2 不同天然吸附剂对 Cd(II) 离子吸附比较 (Langmuir 模型， 单位 ： mg/g) 0038 0039 本发明证实电气石对溶液中 Cd2+离子吸附过程受吸附时间、 溶液 pH、 体系温度及 离子初始浓度的影响 ； 电气石可用于强酸性溶液中 Cd2+离子的吸附。 说 明 书 CN 103896356 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103896356 A 6 2/2 页 7 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103896356 A 7 。