CN113877525A - 一种磁性焦炭修复重金属污染水体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种磁性焦炭修复重金属污染水体的方法，该方法首先将研磨获得的原煤粉末与赤铁矿粉末按质量比1:9～99充分混合后，在氮气氛围下高温(700～1000℃)热解1～2h后，自然冷却获得磁性焦炭。将一定量的磁性焦炭投加入受铬、铜和锌等重金属污染的水体中，进行水体的污染修复，修复完成后通过滤膜或磁铁吸附等方式回收修复材料。本发明的有益效果是：磁性焦炭能够有效的去除水体中的Cr(VI)、Cu(II)和Zn(II)等重金属元素，大幅提高去除效率，且使得修复后的水体能够实现再次利用。磁性焦炭的制备程序简单，工作量少，修复流程也很简单，使得重金属污染水体的修复操作过程简单方便。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护领域，具体涉及重金属污染恢复技术领域，尤其涉及一种磁性焦炭修复重金属污染水体的方法。
背景技术
随着采矿、冶炼以及制造工业的发展，随之而来的是周边水体重金属污染日益严重，威胁当地生态环境安全。
目前，国内外学者对Cr(VI)、Cu(II)与Zn(II)具有冶炼行业代表性的重金属污染水体开展了大量的修复治理研究工作。主要的处理方法包括吸附技术、化学沉淀技术、生物技术等。吸附技术是利用多孔介质材料丰富的孔隙、较大的比表面积等特性将重金属离子吸附固定的手段，能够有效的将重金属离子从水中分离、去除。由于其具有效率高、工艺简单、易操作等优点，已被广泛使用。当前较为常见的多孔介质材料包括活性炭和生物炭等，这些材料都能够有效的去除水体中的重金属离子。但是，实际使用时也表现出不同的缺陷。例如，活性炭价格昂贵，生物炭的大量长途运输往往会发生自燃现象；这些材料与水体的混合后，只能通过过滤的方式进行分离，操作不便。
因此，有必要继续研发出新的高效吸附剂，并将其用于重金属污染水体的修复治理工作中。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种磁性焦炭修复重金属污染水体的方法主要包括以下步骤：
S1：将铁矿石与原煤分别研磨粉碎；
S2：将铁矿石粉末与原煤粉末按照设定质量充分混合，得到混合物；
S3：将所述混合物在厌氧条件下加热升温，进行高温热解，热解完成后自然冷却至室温，获得磁性焦炭；
S4：将所述磁性焦炭投入重金属污染水体中，持续振荡，以吸附水体中的重金属；
S5：将吸附完重金属的磁性焦炭从水体中分离，即实现重金属污染水体的修复。
进一步地，所述铁矿石至少为赤铁矿、褐铁矿和磁铁矿中的一种，所述原煤为焦煤或烟煤。
进一步地，将所述铁矿石与原煤均研磨粉碎至200目。
进一步地，所述设定质量比为1:9～99。
进一步地，所述铁矿石粉末与原煤粉末以机械搅拌的方式进行混合。
进一步地，将所述混合物加热升温至700～1000℃。
进一步地，所述混合物的加热升温速率为8℃/min，热解时间为1～2h。
进一步地，所述磁性焦炭的投加量为5～20g/L，振荡频率为180～200rpm。
进一步地，所述重金属污染水体中重金属至少为铬、铜和锌中的一种，初始浓度为1～100mg/L。
进一步地，使用滤膜过滤或外加磁场吸附的方式将所述磁性焦炭从水体中分离。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
(1)磁性焦炭能够有效的去除水体中的Cr(VI)、Cu(II)和Zn(II)等重金属元素，相比于普通焦炭去除效率大幅提高。
(2)磁性焦炭所具备的磁性能够便于使用磁铁设备将焦炭从处理水体中分离，使得修复后的水体能够实现再次利用。
(3)磁性焦炭的制备程序简单，工作量少，使得重金属污染水体的修复操作过程简单方便。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中一种磁性焦炭修复重金属污染水体的方法的流程图。
图2是本发明实施例中磁性焦炭用于修复受Cr(VI)、Cu(II)和Zn(II)污染水体的柱状效果图。
图3是本发明实施例中磁性焦炭用于重金属污染水体的效果图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的实施例提供了一种磁性焦炭修复重金属污染水体的方法、设备及存储设备。
请参考图1-3，图1是本发明实施例中一种磁性焦炭修复重金属污染水体的方法的流程图，图2是本发明实施例中磁性焦炭用于修复受Cr(VI)、Cu(II)和Zn(II)污染水体的柱状效果图，图3是本发明实施例中磁性焦炭用于重金属污染水体的效果图，该方法具体包括如下步骤：
S1.将焦煤与赤铁矿石分别研磨粉碎至200目；
S2.将焦煤粉与赤铁矿石粉按照质量比为19:1进行充分混合；
S3.将获得的混合物在厌氧条件下(比如在氮气氛围中)以8℃/min加热升温至900℃，然后进行高温热解2h，热解完成后自然冷却至室温，获得磁性焦炭；
S4.将0.4g所述磁性焦炭分别投入40mL初始浓度为11086μg/L的Cr(VI)污染水体、初始浓度为15233μg/L的Cr(VI)污染水体和初始浓度为8815μg/L的Cr(VI)污染水体中，以180rpm的频率持续振荡24h；
S5.使用滤膜或通过外加磁场的方式将吸附完重金属的磁性焦炭从水体中分离，即实现重金属污染水体的修复。
修复污染水体中Cr(VI)浓度降低至<20μg/L，去除效率>99.8％，Zn(II)浓度降低至<280μg/L，去除效率>98.1％，Cu(II)浓度降低至<1.6μg/L，去除效率>99.9％。
实施例2
S1.将焦煤与赤铁矿石分别研磨粉碎至200目；
S2.将焦煤粉与赤铁矿石粉按照质量比为19:1充分混合；
S3.将获得的混合物在厌氧条件下以8℃/min加热升温至700℃，然后高温热解2h，热解完成后自然冷却至室温，获得磁性焦炭；
S4.将0.4g所述磁性焦炭分别投入40mL初始浓度为11086μg/L的Cr(VI)污染水体、初始浓度为15233μg/L的Cr(VI)污染水体和初始浓度为8815μg/L的Cr(VI)污染水体中，以180rpm的频率持续振荡24h；
S5.使用滤膜或通过外加磁场的方式将吸附完重金属的磁性焦炭从水体中分离，即实现重金属污染水体的修复。
修复污染水体中Cr(VI)浓度降低至<8089μg/L，去除效率>27.1％，Zn(II)浓度降低至<5451μg/L，去除效率>64.2％，Cu(II)浓度降低至<1778μg/L，去除效率>79.8％。
本发明的有益效果是：
(1)磁性焦炭能够有效的去除水体中的Cr(VI)、Cu(II)和Zn(II)等重金属元素，相比于普通焦炭去除效率大幅提高。
(2)磁性焦炭所具备的磁性能够便于使用磁铁设备将焦炭从处理水体中分离，使得修复后的水体能够实现再次利用。
(3)磁性焦炭的制备程序简单，工作量少，使得重金属污染水体的修复操作过程简单方便。
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)
1.一种磁性焦炭修复重金属污染水体的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将铁矿石与原煤分别研磨粉碎；
S2：将铁矿石粉末与原煤粉末按照设定质量充分混合，得到混合物；
S3：将所述混合物在厌氧条件下加热升温，进行高温热解，热解完成后自然冷却至室温，获得磁性焦炭；
S4：将所述磁性焦炭投入重金属污染水体中，持续振荡，以吸附水体中的重金属；
S5：将吸附完重金属的磁性焦炭从水体中分离，即实现重金属污染水体的修复。
2.如权利要求1所述的一种磁性焦炭修复重金属污染水体的方法，其特征在于：步骤S1中，所述铁矿石至少为赤铁矿、褐铁矿和磁铁矿中的一种，所述原煤为焦煤或烟煤。
3.如权利要求1所述的一种磁性焦炭修复重金属污染水体的方法，其特征在于：步骤S1中，将所述铁矿石与原煤均研磨粉碎至200目。
4.如权利要求1所述的一种磁性焦炭修复重金属污染水体的方法，其特征在于：步骤S2中，所述设定质量比为1:9～99。
5.如权利要求1所述的一种磁性焦炭修复重金属污染水体的方法，其特征在于：在步骤S2中，所述铁矿石粉末与原煤粉末以机械搅拌的方式进行混合。
6.如权利要求1所述的一种磁性焦炭修复重金属污染水体的方法，其特征在于：步骤S3中，将所述混合物加热升温至700～1000℃。
7.如权利要求1所述的一种磁性焦炭修复重金属污染水体的方法，其特征在于：步骤S3中，所述混合物的加热升温速率为8℃/min，热解时间为1～2h。
8.如权利要求1所述的一种磁性焦炭修复重金属污染水体的方法，其特征在于：步骤S4中，所述磁性焦炭的投加量为5～20g/L，振荡频率为180～200rpm。
9.如权利要求1所述的一种磁性焦炭修复重金属污染水体的方法，其特征在于：步骤S4中，所述重金属污染水体中重金属至少为铬、铜和锌中的一种，初始浓度为1～100mg/L。
10.如权利要求1所述的一种磁性焦炭修复重金属污染水体的方法，其特征在于：步骤S5中，使用滤膜过滤或外加磁场吸附的方式将所述磁性焦炭从水体中分离。
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