本发明涉及水处理领域，尤其涉及一种用于去除水中重金属离子的水处理剂及其制备方法。
背景技术：
由于工业污水的排放，水体重金属污染问题(包括铅、镉、铜、镍等)日益严重。重金属污染不同于有机物污染，因其具有稳定难以降解、通过食物链在生物体富集甚至转变为毒性更高的金属有机物的特点，一旦未经处理的工业水排放到自然界中，将会造成水环境的严重污染，并极大威胁着水生物的生存和人类的健康。
重金属离子的处理技术以物理化学法、化学法和生物法为主，包括离子交换法、膜分离法、萃取法、电解法以及生物吸附法等，而这些处理技术成本较高，去除效率低，易出现二次污染。本发明中的基于动物骨头进行处理、改性后制备的吸附材料，可以对重金属离子进行固定，具有更好的吸附效率，可回收使用，并无二次污染。因此使用吸附法进行重金属处理具有更好地应用前景。
羟基磷灰石作为一种吸附材料，广泛存在于动物骨骼，不但具有较高的吸附能力和离子交换能力，还具有无毒和良好的生物相容性。因其表面存在金属阳离子以及羟基基团，因此对于重金属阳离子以及有机大分子具有良好的交换和络合作用。通过复合同样具有吸附作用的有机大分子，能显著提高金属离子吸附能力，在废水处理和土壤修复等领域研究活跃，显示出良好的应用前景。
纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖，广泛存在于植物体内。它由大量的羟基组成，对于重金属离子吸附具有良好的去除效果。通过将金属离子与羟基络合，形成金属离子络合物从而将重金属离子固定于纤维素大分子中。大量研究表明，使用改性纤维素去除重金属离子的效率很高。因此，将纤维素与处理后的动物骨头复配使用能显著提高两者的吸附效率。
技术实现要素：
技术问题：本发明的目的就是为了提供一种更高效、更绿色环保的用于去除水中重金属离子的水处理剂及其制备方法。
技术方案：本发明的用于去除重金属离子的水处理剂的制备方法是通过以下技术方案实现的：
该方法对动物骨头进行处理后，利用微晶纤维素进行表面改性，制备可用于去除水中重金属离子的水处理吸附剂，具体步骤为：
步骤1.将动物骨头浸没于碱性水溶液中并加热至沸腾，保持煮沸0.5～2小时后，冷却过滤，得到处理后的动物骨头，用粉碎机进行粉碎后，用50～100目筛网过筛得到骨头粉体材料；
步骤2.将骨头粉体材料置于马弗炉中升温，达到温度为500～800℃保持30分钟后，开始降温冷却至室温；
步骤3.将高温处理后的骨头粉体材料用自来水或者去离子水清洗2～5次后，在烘箱内保持60～80℃下干燥12小时以上，得到动物骨炭材料；
步骤4.将微晶纤维素和骨炭材料混合均匀，加入自来水或者去离子水，在不断搅拌下加热至70～90℃并保持2～5小时，然后冷却至室温老化12小时以上后，过滤并保留滤饼材料；
步骤5.用酸性缓冲液和自来水或者去离子水对滤饼材料进行洗涤后，将滤饼材料置于烘箱内，在60～120℃干燥12小时以上，得到本发明重金属离子水处理剂。
其中，
在马弗炉中煅烧时所需气体氛围为氮气，升温速率和降温速率均为10～40℃/分钟。
步骤4中，微晶纤维素和骨炭材料的质量配比为：纤维素1份，骨炭1～5份，去离子水或者自来水10～50份。
步骤5中，酸性缓冲液的ph值范围在2-6之间；
步骤5中，利用自来水或者去离子水进行洗涤，洗涤达到终点后，洗涤液的ph值不大于8。
步骤1中，碱性水溶液的ph值为不小于12。
有益效果：综上所述，采用本发明的技术方案，用于制备去除水中重金属离子的水处理剂的方法，原料价格低廉，绿色环保，操作过程简单、安全无污染，所制备的水处理剂用于水体中重金属离子吸附具有综合性处理效果，将物理吸附与化学吸附相结合，通过离子交换、络合作用以及物理吸附作用，对废水中重金属离子的去除更全面、彻底，从而达到水处理要求。
具体实施方式
下面通过实施例更好地阐明本发明所述的方法，但本发明并不因此受到任何限制。
实施例1
取厨房垃圾中废弃的猪骨头，浸入1摩尔/升的氢氧化钠水溶液中并加热至沸腾，保持煮沸0.5小时，完成后过滤取出备用；
将处理后骨头用粉碎机粉碎后，用50目筛网过筛备用；
将粉体置于马弗炉中在氮气氛围下升温热解，达到500℃并保持30分钟后，降温冷却至室温，升降温速率保持20℃/分钟，取出备用；
将热解后的粉体用去离子水清洗3次，并置于烘箱内90℃干燥24小时，取出得到骨炭备用；
按质量比计量微晶纤维素1份，骨炭5份，混合均匀，加入去离子水20份，在不断搅拌下加热至80℃保持4小时，然后冷却至室温老化24小时后过滤得到所需粉体沉淀；
用柠檬酸缓冲液和去离子水洗涤,并置于烘箱内在60℃干燥24小时,得到本发明重金属离子水处理剂。
实施例2：
取厨房垃圾中废弃的牛骨头，浸入0.01摩尔/升的氢氧化钠水溶液(ph值为12)中并加热至沸腾，保持煮沸2小时，完成后过滤取出备用；
将处理后骨头用粉碎机粉碎后，用100目筛网过筛备用；
将粉体置于马弗炉中在氮气氛围下升温热解，达到800℃并保持30分钟后，降温冷却至室温，升降温速率保持40℃/分钟，取出备用；
将热解后的粉体用去离子水清洗2次，并置于烘箱内60℃干燥24小时，取出得到骨炭备用；
按质量比计量微晶纤维素1份，骨炭5份，混合均匀，加入去离子水50份，在不断搅拌下加热至70℃保持5小时，然后冷却至室温老化24小时后过滤得到所需粉体沉淀；
用柠檬酸缓冲液和去离子水洗涤,并置于烘箱内在60℃干燥24小时,得到本发明重金属离子水处理剂。
实施例3：
取厨房垃圾中废弃的猪骨头，浸入0.5摩尔/升的氢氧化钾水溶液中并加热至沸腾，保持煮沸1.5小时，完成后过滤取出备用；
将处理后骨头用粉碎机粉碎后，用80目筛网过筛备用；
将粉体置于马弗炉中在氮气氛围下升温热解，达到650℃并保持2小时后，降温冷却至室温，升降温速率保持10℃/分钟，取出备用；
将热解后的粉体用去离子水清洗5次，并置于烘箱内80℃干燥12小时，取出得到骨炭备用；
按质量比计量微晶纤维素1份，骨炭2份，混合均匀，加入去离子水25份，在不断搅拌下加热至80℃保持3小时，然后冷却至室温老化24小时后过滤得到所需粉体沉淀；
用柠檬酸缓冲液和去离子水洗涤,并置于烘箱内在120℃干燥12小时,得到本发明重金属离子水处理剂。
实验例1
取100ml含铅离子浓度为500ppm的污染水样，加入500mg实施例1中的制备方法所制备的水处理剂，在20℃，ph＝7的条件下搅拌1.5小时后，吸附达到平衡，处理后水样铅离子浓度由500ppm降到31.3ppm，去除率达93.7％，吸附能力为93.74mg/g。
实验例2
取100ml含镉离子浓度为500ppm的污染水样，加入500mg实施例2中的制备方法所制备的水处理剂，在20℃，ph＝7的条件下搅拌2小时后，吸附达到平衡，处理后水样镉离子浓度由500ppm降到42.5ppm，去除率达91.5％，吸附能力为91.5mg/g。
实验例3
取100ml某污水处理厂的工业废水样，经检测含铜离子浓度138ppm、铅离子浓度为235ppm、镉离子浓度为86ppm，水样ph＝6.2，加入500mg实施例3中的制备方法所制备的水处理剂，在20℃下搅拌1.5小时后，吸附达到平衡，处理后水样铜离子浓度由138ppm降到2.4ppm，铅离子浓度由235ppm降到0.8ppm，铅离子浓度由86ppm降到1.7ppm，铜离子去除率达98.3％，铅离子去除率达99.7％，镉离子去除率达98.0％。
1.一种用于去除重金属离子的水处理剂的制备方法，其特征在于该方法对动物骨头进行处理后，利用微晶纤维素进行表面改性，制备可用于去除水中重金属离子的水处理吸附剂，具体步骤为：
步骤1.将动物骨头浸没于碱性水溶液中并加热至沸腾，保持煮沸0.5～2小时后，冷却过滤，得到处理后的动物骨头，用粉碎机进行粉碎后，用50～100目筛网过筛得到骨头粉体材料；
步骤2.将骨头粉体材料置于马弗炉中升温，达到温度为500～800℃保持30分钟后，开始降温冷却至室温；
步骤3.将高温处理后的骨头粉体材料用自来水或者去离子水清洗2～5次后，在烘箱内保持60～80℃下干燥12小时以上，得到动物骨炭材料；
步骤4.将微晶纤维素和骨炭材料混合均匀，加入自来水或者去离子水，在不断搅拌下加热至70～90℃并保持2～5小时，然后冷却至室温老化12小时以上后，过滤报保留滤饼材料；
步骤5.用酸性缓冲液和自来水或者去离子水对滤饼材料进行洗涤后，将滤饼材料置于烘箱内，在60～120℃干燥12小时以上，得到本发明重金属离子水处理剂。
2.根据权利要求1所述的用于去除重金属离子的水处理剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，在马弗炉中煅烧时所需气体氛围为氮气，升温速率和降温速率均为10～40℃/分钟。
3.根据权利要求1所述的用于去除重金属离子的水处理剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，微晶纤维素和骨炭材料的质量配比为：纤维素1份，骨炭1～5份，去离子水或者自来水10～50份。
4.根据权利要求1所述的用于去除重金属离子的水处理剂的制备方法，其特征在于，所述步骤5中，酸性缓冲液的ph值范围在2-6之间。
5.根据权利要求1所述的用于去除重金属离子的水处理剂的制备方法，其特征在于，所述步骤5中，利用自来水或者去离子水进行洗涤，洗涤达到终点后，洗涤液的ph值不大于8。
6.根据权利要求1所述的用于去除重金属离子的水处理剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，碱性水溶液的ph值不小于12。
技术总结