一种去除废水中无等电点纳米颗粒的工艺及参数确定方法与流程

1.本发明涉及水处理的技术领域，具体涉及一种去除废水中无等电点纳米颗粒的工艺及参数确定方法。


背景技术：

2.纳米材料凭借其独特的机械性能、接触反应活性、光学性质和电学传导性等，为光电、生命科学、能源及催化等领域的发展注入了新生力量，近年来得到越来越广泛的应用，但同时也产生了处理含有纳米颗粒废水的问题，纳米颗粒在生产、使用等过程中通过地表或地下径流污染水环境，通过吸附或进入生物体内，在食物链中进一步迁移产生毒性等效应给人类健康带来潜在威胁。纳米材料具有巨大的比表面积，在给生活带来巨大便利的同时，其细胞的生物毒性与宏观材料具有很大的差异。当废水中纳米颗粒zeta电位为零时，所对应的点为等电点，一般认为是纳米颗粒水悬浮液最不稳定的点。通过调节废水ph达到等电点的方法可以使纳米颗粒发生同相团聚，以达到最好的去除纳米颗粒效果。
3.目前去除废水中的纳米颗粒首先要寻找纳米颗粒等电点，方法大致如下，首先测定样品的ph和zeta电位值；根据原始样品的zeta电位值的正负
±
，建议选用盐酸和氢氧化钠溶液开始相应方向的滴定，如果初始zeta电位值为正，则用氢氧化钠溶液滴定(反之亦然)；每次滴定后，重新测定该样品的zeta电位值(循环往复这个步骤)；以横坐标为ph值，纵坐标为zeta电位值作图，在图上标出每个阶段样品的数值并连线(滴定间隔点越小越好)；在标出样品zeta电位为0前后位置的点后，将这两点连线，延长纵坐标zeta电位为0mv的连线，与曲线的交点，其对应的横坐标就是该样品的等电点。
4.但是，也存在一类纳米颗粒，它们的zeta电位在不同的ph下恒正或恒负，不存在等电点，如氧化石墨烯等，这一类的纳米颗粒不能通过调节ph达到等电点的方法来去除；而且目前并无一种统一的方法用于去除废水中该类纳米颗粒。


技术实现要素：

5.针对水中无等电点纳米颗粒无法去除的技术问题，本发明提供一种去除废水中无等电点纳米颗粒的工艺及参数确定方法。
6.第一方面，本发明提供一种去除废水中无等电点纳米颗粒工艺的参数确定方法，至少包括如下步骤：
7.(1)取m份等体积废水调节为不同的ph值，m为大于0的整数；
8.(2)将步骤(1)得到的各ph值废水再等体积分装为n份，n为大于0的整数，向同一ph值对应的n份废水中加入不同质量的废水处理剂进行处理，废水处理剂为与无等电点纳米颗粒带相反电荷且直接加入水中无法形成稳定悬浮液的物质；
9.(3)对步骤(2)得到的废水进行振荡处理，振荡完成后静置、过滤；
10.(4)测定步骤(3)处理后的各废水上清液中无等电点纳米颗粒的浓度，拟合ph值、去除率和配比的三维曲线图，得到ph-配比-去除率三维曲线图；
11.(5)在ph-配比-去除率三维曲线图中确定满足排放要求的参数区域。
12.进一步的，废水处理前后的无等电点纳米颗粒的浓度由吸光度-浓度标准曲线得到。
13.进一步的，步骤(1)中m＝10，调节后m份废水的ph值分别为2、3、4、
……
、11。
14.进一步的，步骤(2)中n＝11，1份作为对照组，剩余同一ph值对应的n-1份废水分别加入无等电点纳米颗粒的质量0.1、0.3、0.5、0.8、1、1.5、3、5、8、10倍的废水处理剂。
15.进一步的，步骤(2)按照5～10ml每份的规格进行等体积分装。
16.进一步的，步骤(3)采用遮光振荡，振荡时间为18-24h，静置时间为12-24h；根据不同纳米颗粒废水，可适当调整振荡时间和静置时间。
17.进一步的，步骤(4)中ph-配比-去除率三维曲线图中ph值为x轴、配比为y轴、去除率为z轴。
18.第二方面，本发明提供一种去除废水中无等电点纳米颗粒的工艺，至少包括如下步骤：
19.s1、按照上述参数确定方法的步骤(1)-(5)确定参数区域；
20.s2、调节废水ph值，使调节后的废水ph值落在s1的参数区域内；
21.s3、向废水中加入废水处理剂，使废水处理剂与废水中无等电点纳米颗粒的质量比落在s1的参数区域内；
22.s4、对s3得到的废水进行搅拌，充分搅拌后静置、过滤。
23.进一步的，无等电点纳米颗粒为氧化石墨烯纳米颗粒，废水处理剂为矿石纳米颗粒。
24.进一步的，矿石纳米颗粒包括针铁矿纳米颗粒或赤铁矿纳米颗粒。
25.本发明的有益效果在于：
26.(1)本发明通过加入另一种相反电荷的废水处理剂，利用静电作用力发生异相团聚，使纳米颗粒沉淀，实现在不同ph值下恒正或者恒负纳米颗粒的去除；废水处理剂为与无等电点纳米颗粒带相反电荷且直接加入水中无法形成稳定悬浮液的物质。
27.(2)本发明通过实验获得ph-配比-去除率三维曲线图，并进一步获得满足废水排放标准的废水处理条件区域，为处理纳米颗粒废水提供定量的数据参考，兼顾处理效率、成本等，可以适用于不同生产、使用条件下产生的不同种类、浓度的该类纳米颗粒废水。
具体实施方式
28.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
29.实施例1
30.(1)取包含氧化石墨烯纳米颗粒的废水，通过调节不同的ph值测定其zeta电位，发现氧化石墨烯纳米颗粒的zeta电位恒负。
31.(2)通过配置10个浓度梯度的目标废水中的氧化石墨烯纳米颗粒悬浮液，利用分光光度计在特征波长下分别测定其吸光度，通过线性拟合绘制浓度-吸光度曲线；
32.(3)使用玻璃器皿从废水池中取足量样品，然后从废水样品中取1～2ml利用分光光度计在特征波长下测定其吸光度，对照拟合得到的浓度-吸光度曲线，获得目标废水的氧化石墨烯纳米颗粒浓度；对剩下的样品等分为等体积的10组样品并进行编号，编号为m1-m10，每组样品110ml，对m1-m10进行调节ph值，调节后的m1-m10的ph值分别为2、3、4、
……
、11；
33.(4)将步骤(3)得到的各ph值废水再等体积分装为11份，向同一ph值对应的11份废水中加入不同质量的废水处理剂，废水处理剂为与氧化石墨烯纳米颗粒带有相反电荷且直接加入水中无法形成稳定悬浮液的针铁矿纳米颗粒；1份废水作为对照组不加入废水处理剂，剩余10份废水中废水处理剂的加入量为纳米颗粒a质量的0.1、0.3、0.5、0.8、1、1.5、3、5、8、10倍；
34.(5)用锡箔纸对步骤(4)加入了废水处理剂的样品进行遮光处理，并利用振荡培养箱或类似能达到振荡效果的设备将混合后的样品及对照组样品振荡24h，振荡完成后静置12h；
35.(6)取步骤(5)静置后样品的上清液，利用分光光度计在目标废水纳米颗粒a特征波长下测定吸光度，对照浓度-吸光度曲线，获得第m1组10个样品去除后的纳米颗粒a浓度，计算第m1组第1号样品氧化石墨烯纳米颗粒去除率＝(第m1组对照组样品氧化石墨烯纳米颗粒浓度-第m1组第1号样品去除后的纳米颗粒a浓度)/第m1组对照组样品氧化石墨烯纳米颗粒浓度*100％，利用同样的方法计算获得m1组第2～10号样品的氧化石墨烯纳米颗粒去除率；以废水的ph值为x轴、加入的针铁矿纳米颗粒与氧化石墨烯纳米颗粒质量之比为y轴、去除率为z轴；绘制三维曲线图。若随着配比的增加，各点去除率一直增加，可以认为针铁矿纳米颗粒的配比没有达到去除率最大时的最佳配比，需要继续增加样品数量，使用更大配比测定去除率直到获得去除率最大时的最佳配比；若随着配比的增加，各点去除率较稳定、变化较小，可以认为针铁矿纳米颗粒的配比已经超过去除率最大时的最佳配比，需要继续增加样品数量，使用更小配比测定去除率直到获得去除率最大时的最佳配比以下的多个数据，达到曲线拟合条件，如果针铁矿纳米颗粒配比过小，导致电子秤精度无法满足称量要求，可以适当增加实验样品体积；对第m2-m10组的11份样品重复第m1组11份样品的实验步骤，获得m2-m10组的10份样品去除后的氧化石墨烯纳米颗粒浓度及对应的去除率；通过多次测定配比、去除率以及ph值通过拟合获得ph-配比-去除率三维曲线图。
36.实施例2
37.(1)取包含氧化石墨烯纳米颗粒的废水，通过调节不同的ph值测定其zeta电位，发现氧化石墨烯纳米颗粒的zeta电位恒负。
38.(2)通过配置10个浓度梯度的目标废水中的氧化石墨烯纳米颗粒悬浮液，利用分光光度计在特征波长下分别测定其吸光度，通过线性拟合绘制浓度-吸光度曲线；
39.(3)使用玻璃器皿从废水池中取足量样品，然后从废水样品中取1～2ml利用分光光度计在特征波长下测定其吸光度，对照拟合得到的浓度-吸光度曲线，获得目标废水的氧化石墨烯纳米颗粒浓度；对剩下的样品等分为等体积的10组样品并进行编号，编号为m1-m10，每组样品110ml，对m1-m10进行调节ph值，调节后的m1-m10的ph值分别为2、3、4、
……
、11；
40.(4)将步骤(3)得到的各ph值废水再等体积分装为11份，向同一ph值对应的11份废
水中加入不同质量的废水处理剂，废水处理剂为与氧化石墨烯纳米颗粒带有相反电荷且直接加入水中无法形成稳定悬浮液的赤铁矿纳米颗粒；1份废水作为对照组不加入废水处理剂，剩余10份废水中废水处理剂的加入量为纳米颗粒a质量的0.1、0.3、0.5、0.8、1、1.5、3、5、8、10倍；
41.(5)用锡箔纸对步骤(4)加入了废水处理剂的样品进行遮光处理，并利用振荡培养箱或类似能达到振荡效果的设备将混合后的样品及对照组样品振荡24h，振荡完成后静置12h；
42.(6)取步骤(5)静置后样品的上清液，利用分光光度计在目标废水纳米颗粒a特征波长下测定吸光度，对照浓度-吸光度曲线，获得第m1组10个样品去除后的纳米颗粒a浓度，计算第m1组第1号样品氧化石墨烯纳米颗粒去除率＝(第m1组对照组样品氧化石墨烯纳米颗粒浓度-第m1组第1号样品去除后的纳米颗粒a浓度)/第m1组对照组样品氧化石墨烯纳米颗粒浓度*100％，利用同样的方法计算获得m1组第2～10号样品的氧化石墨烯纳米颗粒去除率；以废水的ph值为x轴、加入的赤铁矿纳米颗粒与氧化石墨烯纳米颗粒质量之比为y轴、去除率为z轴；绘制三维曲线图。若随着配比的增加，各点去除率一直增加，可以认为赤铁矿纳米颗粒的配比没有达到去除率最大时的最佳配比，需要继续增加样品数量，使用更大配比测定去除率直到获得去除率最大时的最佳配比；若随着配比的增加，各点去除率较稳定、变化较小，可以认为赤铁矿纳米颗粒的配比已经超过去除率最大时的最佳配比，需要继续增加样品数量，使用更小配比测定去除率直到获得去除率最大时的最佳配比以下的多个数据，达到曲线拟合条件，如果赤铁矿纳米颗粒配比过小，导致电子秤精度无法满足称量要求，可以适当增加实验样品体积；对第m2-m10组的11份样品重复第m1组11份样品的实验步骤，获得m2-m10组的10份样品去除后的氧化石墨烯纳米颗粒浓度及对应的去除率；通过多次测定配比、去除率以及ph值通过拟合获得ph-配比-去除率三维曲线图。
43.实施例3
44.s1：根据实施例1的步骤得到的针铁矿纳米颗粒的ph-配比-去除率三维曲线图，和实际废水排放需要满足的ph值区域，获得满足废水排放标准的废水处理条件区域：废水处理工艺允许的ph值范围内，满足废水排放标准的去除率以上的区域；该区域内的针铁矿纳米颗粒配比和ph均可作为去除氧化石墨烯纳米颗粒的工艺条件。
45.s2：调节废水的ph值，使调节后的ph值落于废水处理工艺允许的ph范围之内。
46.s3：向废水中加入针铁矿纳米颗粒，针铁矿纳米颗粒的加入量与废水中氧化石墨烯纳米颗粒的质量比位于s1的参数范围内，考虑废水浓度不稳定时，如果取样浓度较实际浓度偏小，那么应相应提高去除率以保证废水排放达标，满足废水排放标准的废水处理条件区域相应变小。在确定的满足废水排放标准的废水处理条件区域内可以兼顾经济性、生产工艺稳定性等因素选择适当的废水处理条件。
47.s4：将s3的废水进行充分搅拌之后静置12h，然后经过滤之后排放。
48.实施例4
49.s1：根据实施例2的步骤得到的赤铁矿纳米颗粒的ph-配比-去除率三维曲线图，和实际废水排放需要满足的ph值区域，获得满足废水排放标准的废水处理条件区域：废水处理工艺允许的ph值范围内，满足废水排放标准的去除率以上的区域；该区域内的赤铁矿纳米颗粒配比和ph均可作为去除氧化石墨烯纳米颗粒的工艺条件。
50.s2：调节废水的ph值，使调节后的ph值落于废水处理工艺允许的ph范围之内。
51.s3：向废水中加入赤铁矿纳米颗粒，赤铁矿纳米颗粒的加入量与废水中氧化石墨烯纳米颗粒的质量比位于s1的参数范围内，考虑废水浓度不稳定时，如果取样浓度较实际浓度偏小，那么应相应提高去除率以保证废水排放达标，满足废水排放标准的废水处理条件区域相应变小。在确定的满足废水排放标准的废水处理条件区域内可以兼顾经济性、生产工艺稳定性等因素选择适当的废水处理条件。
52.s4：将s3的废水进行充分搅拌之后静置12h，然后经过过滤之后排放。
53.尽管通优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种去除废水中无等电点纳米颗粒工艺的参数确定方法，其特征在于，至少包括如下步骤：(1)取m份等体积废水调节为不同的ph值，m为大于0的整数；(2)将步骤(1)得到的各ph值废水再等体积分装为n份，n为大于0的整数，向同一ph值对应的n份废水中加入不同质量的废水处理剂进行处理，废水处理剂为与无等电点纳米颗粒带相反电荷且直接加入水中无法形成稳定悬浮液的物质；(3)对步骤(2)得到的废水进行振荡处理，振荡完成后静置、过滤；(4)测定步骤(3)处理后的各废水上清液中无等电点纳米颗粒的浓度，拟合ph值、去除率和配比的三维曲线图，得到ph-配比-去除率三维曲线图；(5)在ph-配比-去除率三维曲线图中确定满足排放要求的参数区域。2.如权利要求1所述的参数确定方法，其特征在于，废水处理前后的无等电点纳米颗粒的浓度由吸光度-浓度标准曲线得到。3.如权利要求1所述的参数确定方法，其特征在于，步骤(1)中m＝10，调节后m份废水的ph值分别为2、3、4、
……
、11。4.如权利要求1所述的参数确定方法，其特征在于，步骤(2)中n＝11，1份作为对照组，剩余同一ph值对应的n-1份废水分别加入无等电点纳米颗粒的质量0.1、0.3、0.5、0.8、1、1.5、3、5、8、10倍的废水处理剂。5.如权利要求1所述的参数确定方法，其特征在于，步骤(2)按照5～10ml每份的规格进行等体积分装。6.如权利要求1所述的参数确定方法，其特征在于，步骤(3)采用遮光振荡，振荡时间为24h，静置时间为12h。7.如权利要求1所述的参数确定方法，其特征在于，步骤(4)中ph-配比-去除率三维曲线图中ph值为x轴、配比为y轴、去除率为z轴。8.一种去除废水中无等电点纳米颗粒的工艺，其特征在于，至少包括如下步骤：s1、按照如权利要求1～7任一所述的参数确定方法确定参数区域；s2、调节废水ph值，使调节后的废水ph值落在s1的参数区域内；s3、向废水中加入废水处理剂，使废水处理剂与废水中无等电点纳米颗粒的质量比落在s1的参数区域内；s4、对s3得到的废水进行搅拌，充分搅拌后静置、过滤。9.如权利要求8所述的去除废水中无等电点纳米颗粒的工艺，其特征在于，无等电点纳米颗粒为氧化石墨烯纳米颗粒，废水处理剂为矿石纳米颗粒。10.如权利要求9所述的去除废水中无等电点纳米颗粒的工艺，其特征在于，矿石纳米颗粒包括针铁矿纳米颗粒或赤铁矿纳米颗粒。

技术总结
本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种去除废水中无等电点纳米颗粒的工艺及参数确定方法。包括以下步骤：对废水进行取样测定废水中无等电点纳米颗粒的浓度，之后将剩余样品等分为m组并调节pH值，将不同pH值的各组样品分别等分成n份，加入带有与无等电点纳米颗粒相反电荷且直接加入水中无法形成稳定悬浮液的废水处理剂，之后测定废水处理剂与无等电点纳米颗粒不同质量配比的去除效果得到pH-配比-去除率三维曲线图。本发明通过实验获得pH-配比-去除率三维曲线图，根据废水排放标准得到废水处理条件区域，为处理纳米颗粒废水提供数据参考，兼顾处理效率、成本，适用于不同生产、使用条件下产生的不同种类、浓度的该类纳米颗粒废水。米颗粒废水。


技术研发人员：宋萍萍
受保护的技术使用者：山东钢铁集团日照有限公司
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/7/25