CN107349932A - 一种利用活性炭吸附镀镍废水制备镍基催化剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用活性炭吸附镀镍废水制备镍基催化剂的方法，其包括如下步骤：活性炭进行酸碱等改性处理后，加入到预处理至合适浓度的镀镍废水中，通过调节废水pH和吸附时间使活性炭对镍离子充分吸附，吸附完成后固液分离，随后再对固体物质进行煅烧和还原处理，即得。与现有技术相比，本发明的有益效果为，利用改性活性炭吸附镀镍废水制备镍基催化剂，实现了废水中镍离子的回收再利用，同时避免含有镍离子的吸附材料对环境造成的二次污染。

Description

一种利用活性炭吸附镀镍废水制备镍基催化剂的方法
技术领域
本发明属于镀镍废水资源化利用领域，具体涉及一种利用活性炭吸附镀镍废水制备镍基催化剂的方法。
背景技术
镀镍技术是一种应用非常广泛的表面处理技术，主要包括化学镀镍和电镀镍。近些年镀镍行业的快速发展产生了大量的镀镍废水，废水中的镍等重金属离子如果排放到环境中会对人体健康和生态环境造成严重危害。电镀污染物排放标准中对排放废水中镍的含量有严格的要求，自2010年7月1日起，要求所有现有与新建企业的水污染物排放浓度中总镍排放限值为0.5mg/L，对于一些特殊地区，其限值甚至低至0.1mg/L。而一般镀镍废水中镍的浓度达到了500mg/L以上。常见镀镍废水处理方法包括化学沉淀法、物理吸附法和膜分离法等，但这些方法存在处理后废料容易造成二次污染和处理成本高等问题。因此高效处理镀镍废水并能够实现处理后废料的资源化利用成为急需解决的问题。
镍基催化剂是一种常见的金属催化剂，广泛应用于催化加氢、催化裂解、催化重整等工业生产中。镍基催化剂一般是由镍、助剂和载体组成，其中镍的前驱体一般为镍的硝酸盐、硫酸盐等，助剂为铁、铜、锌等金属，载体一般选择氧化铝、活性炭、分子筛等大比表面积的物质。如果能够将镀镍废水处理和镍基催化剂制备联系起来，回收废水中的镍用于制备镍基催化剂，那么便达到了处理镀镍废水和制备镍基催化剂的双重效果，现有技术中缺乏实现上述目的的技术方案。
发明内容
本发明提供一种利用活性炭吸附镀镍废水制备镍基催化剂的方法，旨在对镀镍废水进行活性炭吸附富集处理的同时获得具有商业价值的镍基催化剂。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种利用活性炭吸附镀镍废水制备镍基催化剂的方法，其包括如下步骤：将镀镍废水预处理至其镍离子含量为300-1000mg/L，按照5-20g:1L的投料比向预处理后的镀镍废水中投入改性活性炭，调节溶液的pH至碱性,充分吸附后，固液分离，分离得到的固体物质依次经煅烧和还原处理，即得所述镍基催化剂。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以有如下进一步的具体选择。
具体的，镀镍废水的预处理是指对镀镍废水进行蒸发浓缩处理或添加可溶性镍盐以使低镍含量的镀镍废水转变为镍含量达到300-1000mg/L的高镍含量的镀镍废水。容易理解的是，当实际得到的镀镍废水中镍含量恰好在300-1000mg/L时，可直接加入改性活性炭而不用再作预处理。
具体的，预处理后的镀镍废水中，除镍离子外，其它金属离子的含量为50-1000mg/L。
具体的，所述其它金属离子包括铁离子和铜离子中的至少一种。通常情况下，镀镍废水中除镍离子以外，其它金属离子包含铁、铜、锌、铬等离子，其多以硝酸盐、硫酸盐或者络合物等形式存在。
具体的，所述锻烧处理是指在无氧及500-800℃的条件下处理1-3h。
具体的，所述还原处理是指锻烧后的固体物质在还原性气氛及500-800℃条件下处理1-2h。
具体的，所述的还原性气氛是指氢气与氮气的混合气氛或一氧化碳与氮气的混合气氛。氢气与氮气的混合比例及一氧化碳与氮气的混合比例均可由本领域的普通技术人员根据还原需要灵活选择。
具体的，调节溶液pH的方法为向溶液中加入氢氧化钠或氢氧化钾，调节后溶液的pH为8-12。
具体的，充分吸附是指在室温及搅拌条件下吸附6-48h。吸附完成后，溶液中的镍离子应用至少95％以上的被吸附至活性炭上。
具体的，固液分离采用的方法为本领域技术人员通常采用的过滤、抽滤、离心等常规分离方法中的任一种。
具体的，所述改性活性炭为酸碱改性活性炭，所述镍基催化剂中镍的负载量在1wt％以上。活性炭表面结构的改性主要是通过物理或化学方法改变活性炭的比表面积和孔径分布，扩大或缩小孔径，达到改变活性炭表面结构的目的，从而提高活性炭的吸附能力；酸碱改性活性炭是利用酸、碱等物质处理活性炭，根据实际需要调整活性炭表面的官能团至所需要的数量，从而改善其对金属离子的吸附效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
与现有技术中活性炭吸附镀镍废水中镍离子等重金属后的吸附材料只能作固废处理且其对环境具有二次污染风险不同，本发明首先将镀镍废水预处理至其镍含量在适当浓度，然后在合适pH条件下以改性活性炭对其充分吸附，最后经锻烧及还原处理，得到镍基催化剂，经活性炭充分吸附后，镀镍废水中95％以上的镍离子被吸附除去且得到的镍基催化剂具有较好的催化活性，即本发明利用活性炭吸附镀镍废水制备镍基催化剂，实现了废水中镍离子的回收再利用，同时避免含有镍离子的吸附材料对环境造成的二次污染。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
以下实施例中用到的方法若无特别说明则为本领域技术人员采用的常规方法，用到的药品若无特别说明均为市售产品。
以下实施例中用到的镀镍废水均为镍离子或其它金属离子恰在相应的浓度或经过预处理后达到相应的浓度。
实施例1
一种利用活性炭吸附镀镍废水制备镍基催化剂的方法，具体内容如下：
取1L镀镍废水，镍离子浓度为500mg/L,其它金属离子浓度为300mg/L(其中铁和铜离子总浓度为100mg/L)，向废水中加入10g改性活性炭(比表面积为1000m2/g)，通过加NaOH溶液调节直至pH为9，常温搅拌24h以充分吸附；过滤，并收集活性炭，经过干燥处理后在无氧条件下煅烧2小时，煅烧温度为700℃，煅烧后样品在50％H2和50％N2的混合气流中700℃还原1个小时，得Ni负载活性炭催化剂，也即制得所述镍基催化剂。
利用制备的镍基催化剂进行催化甲苯水蒸气重整性能实验，并与未负载镍的活性炭进行对比。
本实施例中处理后废水中镍离子浓度只有4.95mg/L，铁铜离子的总含量为5.15mg/L，活性炭吸附镍的去除效率达到95％以上。对制备的Ni负载活性炭催化剂进行微波消解，用AAS(原子吸收光谱)确定镍的负载量为4.97wt％，铁铜的总负载量为0.95wt％。通过性能实验对比发现，吸附镍的活性炭催化甲苯转化率达到78.5％，而未吸附镍的活性炭只有15.1％。因此通过以上方法不仅能够去除废水中90％以上的镍离子，同时通过活化方法制得的镍基催化剂能够应用在催化甲苯水蒸气重整等反应中，催化活性较好。
实施例2
一种利用活性炭吸附镀镍废水制备镍基催化剂的方法，具体内容如下：
取1L镀镍废水，镍离子浓度为500mg/L,其它金属离子的浓度为800mg/L(其中铁离子的浓度为500mg/L)，向废水中加入10g改性活性炭(比表面积为1000m2/g)，通过加NaOH溶液调节直至pH为10，常温搅拌30h以充分吸附；过滤，并收集活性炭，经过干燥处理后在无氧条件下煅烧2.5小时，煅烧温度为600℃，煅烧后样品在50％H2和50％N2的混合气流中500℃还原3个小时，得Ni负载活性炭催化剂，也即制得所述镍基催化剂。
利用制备的镍基催化剂进行催化甲苯水蒸气重整性能实验，并与未负载镍的活性炭进行对比。
本实施例中处理后废水中镍离子和铁离子浓度分别只有7.11mg/L和8.15mg/L，活性炭吸附镍去除效率都达到了95％以上。对制备的Ni-Fe负载活性炭催化剂进行微波消解，用AAS(原子吸收光谱)确定镍的负载量为4.93wt％，铁的负载量为4.92wt％。通过性能实验对比发现，Ni-Fe负载活性炭催化剂甲苯转化率达到86.5％以上，高于实施例1中Ni负载活性炭和单纯活性炭催化剂。从本实例可以看出，镀镍废水中含有的铁等其他金属离子会同时被活性炭吸附，达到处理复杂组分镀镍废水的目的，同时铁等金属离子吸附量适当提高且与吸附镍的量相当时，能够有效提高镍基催化剂的催化活性。
实施例3
一种利用活性炭吸附镀镍废水制备镍基催化剂的方法，具体内容如下：
取1L镀镍废水，镍离子浓度为800mg/L,其它金属离子的浓度为800mg/L(其中铁离子的浓度为200mg/L,铜离子的浓度为200mg/L)，向废水中加入20g改性活性炭(比表面积为1000m2/g)，通过加NaOH溶液调节直至pH为12，常温搅拌48h以充分吸附；过滤，并收集活性炭，经过干燥处理后在无氧条件下煅烧1.5小时，煅烧温度为700℃，煅烧后样品在50％CO和50％N2的混合气流中800℃还原1.5个小时，得Ni负载活性炭催化剂，也即制得所述镍基催化剂。
利用制备的镍基催化剂进行催化甲苯水蒸气重整性能实验，并与未负载镍的活性炭进行对比。
本实施例中处理后废水中镍离子、铁离子和铜离子浓度分别只有5.82mg/L、5.24mg/L和9.56mg/L，活性炭吸附镍去除效率达到了95％以上。对制备的Ni-Fe负载活性炭催化剂进行微波消解，用AAS(原子吸收光谱)确定镍的负载量为3.82wt％，铁的负载量为0.93wt％，铜的负载量为0.91wt％。通过性能实验，该镍基催化剂催化甲苯转化率达到77.9％以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用活性炭吸附镀镍废水制备镍基催化剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：将镀镍废水预处理至其镍离子含量为300-1000mg/L，按照5-20g:1L的投料比向预处理后的镀镍废水中投入改性活性炭，调节溶液的pH至碱性,充分吸附后，固液分离，分离得到的固体物质依次经煅烧和还原处理，即得所述镍基催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种利用活性炭吸附镀镍废水制备镍基催化剂的方法，其特征在于，镀镍废水的预处理是指对镀镍废水进行蒸发浓缩处理以使低镍含量的镀镍废水转变为镍含量达到300-1000mg/L的高镍含量的镀镍废水。
3.根据权利要求1所述的一种利用活性炭吸附镀镍废水制备镍基催化剂的方法，其特征在于，预处理后的镀镍废水中，除镍离子外，其它金属离子的总含量为50-1000mg/L。
4.根据权利要求3所述的一种利用活性炭吸附镀镍废水制备镍基催化剂的方法，其特征在于，所述其它金属离子包括铁离子和铜离子中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种利用活性炭吸附镀镍废水制备镍基催化剂的方法，其特征在于，所述锻烧处理是指在无氧及500-800℃的条件下处理1-3h。
6.根据权利要求1所述的一种利用活性炭吸附镀镍废水制备镍基催化剂的方法，其特征在于，所述还原处理是指锻烧后的固体物质在还原性气氛及500-800℃条件下处理1-2h。
7.根据权利要求6所述的一种利用活性炭吸附镀镍废水制备镍基催化剂的方法，其特征在于，所述的还原性气氛是指氢气与氮气的混合气氛或一氧化碳与氮气的混合气氛。
8.根据权利要求1所述的一种利用活性炭吸附镀镍废水制备镍基催化剂的方法，其特征在于，调节溶液pH的方法为向溶液中加入氢氧化钠或氢氧化钾，调节后溶液的pH为8-12。
9.根据权利要求1所述的一种利用活性炭吸附镀镍废水制备镍基催化剂的方法，其特征在于，充分吸附是指在室温及搅拌条件下吸附6-48h。
10.根据权利要求1至9任一项所述的一种利用活性炭吸附镀镍废水制备镍基催化剂的方法，其特征在于，所述改性活性炭为酸碱改性活性炭，所述镍基催化剂中镍的负载量在1wt％以上。
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