專利名稱：一種可再生循環(huán)使用的酸性廢水處理劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于工業(yè)酸性廢水的可再生循環(huán)使用的處理劑及其制備方法，屬于環(huán)保領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
采礦選礦、化工、制藥、冶金等行業(yè)，會(huì)產(chǎn)生大量的酸性廢水?，F(xiàn)有技術(shù)中，工業(yè)酸性廢水的處理方法包括硫酸鹽還原菌法、活性炭吸附法和混凝沉淀法、催化氧化法和濕式氧化法、石灰中和沉淀處理法等。其中采用價(jià)廉易得的石灰石和石灰作為中和處理劑是最廣為應(yīng)用的一種方法。然而石灰中和沉淀處理法存在用量大、勞動(dòng)條件差、效果不理想等缺點(diǎn)。
CN86106532A提供了一種由堿性無機(jī)化合物、高分子粘結(jié)劑和水組成的酸性廢水處理劑，其堿性無機(jī)化合物選自石灰、石灰石、熟石灰、氧化鎂、氫氧化鎂或其混合物。存在處理劑難以再生、會(huì)造成二次污染的缺點(diǎn)。
CN02148522.4提供了一種以工業(yè)酸性廢水廢液中的無機(jī)鹽為有效成分，通過投加碳酸鹽巖或石灰質(zhì)材料或含燒堿的溶液等，在處理廢水廢液的同時(shí)制備可用于廢水飲用水處理等領(lǐng)域的水滑石類產(chǎn)品，缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜，需要檢測廢水中金屬離子的含量并向廢水中投加適量的金屬離子，以使反應(yīng)器中二價(jià)與三價(jià)金屬離子的比例適當(dāng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可再生循環(huán)使用的酸性廢水處理劑，該處理劑是以鎂鋁水滑石為前體經(jīng)焙燒得到的鎂鋁復(fù)合金屬氧化物，它具有與氧化鎂相似的晶體結(jié)構(gòu)，其組成通式為Mg1-xAlxO(OH)x，其中鎂鋁摩爾比可以從1.6∶1--10∶1利用結(jié)構(gòu)記憶效應(yīng)達(dá)到處理酸性廢水的目的。
本發(fā)明酸性廢水處理劑----鎂鋁復(fù)合金屬氧化物的制備工藝如下首先采用共沉淀法制備鎂鋁水滑石，然后再于430-700℃焙燒得到鎂鋁復(fù)合金屬氧化物。具體步驟為A.鹽溶液配制將可溶性鎂鹽和鋁鹽溶于水中，配制成混合鹽溶液，所述鎂鹽和鋁鹽為硝酸鹽、硫酸鹽或鹽酸鹽，其中[Mg2+]的濃度為0.1-4.0mol/L，[Al3+]濃度為0.05-2.0mol/L，[Mg2+]/[Al3+]摩爾比為1.6∶1--10∶1；B.堿溶液配制將氫氧化鈉、碳酸鈉、氨水、碳酸銨、氫氧化鉀、碳酸鉀、氫氧化鈣或其混合物溶于水配制成堿溶液，其中[OH]濃度為0.2-4.0mol/l，[CO32-]濃度為0.1-4.0mol/L，[OH-]/([Mg2+]+[Al3+])摩爾比為0.6-3.5；C.共沉淀反應(yīng)攪拌下將鹽溶液和堿溶液混合，然后于一定溫度晶化一段時(shí)間，生成白色沉淀，所述攪拌轉(zhuǎn)速為超過80轉(zhuǎn)/每分鐘，晶化溫度為40℃以上，晶化時(shí)間為0.5小時(shí)以上，混合方式可以是鹽溶液加入堿溶液中、堿溶液加入鹽溶液中或鹽溶液和堿溶液同時(shí)加入水中，加入方式可以是滴加或倒入，滴加速率5-30毫升/分鐘；D.分離、洗滌、干燥將沉淀用離心或抽濾漏斗分離，用水洗滌至中性，在70-100℃干燥，即得鎂鋁水滑石；E.焙燒將水滑石前體置于馬福爐中以1-20℃/min的速率升溫至430-700℃焙燒1小時(shí)以上，即得鎂鋁復(fù)合金屬氧化物。
本發(fā)明酸性廢水處理劑處理酸性廢水過程如下稱取0.5克鎂鋁復(fù)合金屬氧化物，分別置于30毫升0.5wt％的硫酸、硝酸和混酸酸性廢水中，攪拌，記錄酸性廢水的初始pH值和到達(dá)中性所需的時(shí)間，然后離心分離回收處理劑。本發(fā)明處理劑可以在2-23分鐘的時(shí)間內(nèi)將pH值為1.3-1.5的酸性廢水處理至中性(pH＝7)。經(jīng)過對回收的處理劑用x射線衍射儀進(jìn)行結(jié)構(gòu)測定，發(fā)現(xiàn)原本具有氧化鎂結(jié)構(gòu)的鎂鋁復(fù)合金屬氧化物在處理酸性廢水后恢復(fù)了其前體的層狀水滑石結(jié)構(gòu)，形成了層間陰離子為溶液陰離子的水滑石。這就是水滑石的結(jié)構(gòu)記憶效應(yīng)，說明本發(fā)明的處理劑利用了其前體的結(jié)構(gòu)記憶效應(yīng)達(dá)到了處理酸性廢水的目的。
本發(fā)明處理劑的再生及使用將處理酸性廢水后回收的處理劑干燥，置于馬福爐中1-20℃/min的速率升溫至430-700℃焙燒1小時(shí)以上，又得鎂鋁復(fù)合金屬氧化物。將再生的鎂鋁復(fù)合金屬氧化物用于酸性廢水處理，仍可使酸性廢水達(dá)到中性，且可多次再生重復(fù)使用。
本發(fā)明有益效果是酸性廢水處理劑的制備工藝簡單，處理酸性廢水效果好，并且處理劑可經(jīng)過焙燒再生重復(fù)使用多次。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的酸性廢水處理劑的制備方法、處理酸性廢水的效果及再生使用，由下面的實(shí)施例予以進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1處理劑的制備將0.36摩爾(88.7克)MgSO4·7H2O和0.1125摩爾(74.9克)Al2(SO4)3·18H2O溶于315毫升自來水中配成混合鹽溶液，將0.936摩爾(37.4克)NaOH和0.45摩爾(47.7克)Na2CO3溶于315毫升自來水中配成混合堿溶液，在充分?jǐn)嚢柘?，將鹽溶液和堿溶液同時(shí)滴加入50毫升自來水中，滴加速率15毫升/分鐘，滴加完畢，升溫至80℃晶化4小時(shí)，生成白色沉淀，用離心分離，分離出的產(chǎn)物用自來水洗滌，在90℃干燥，得鎂鋁比為1.6∶1的水滑石。將水滑石前體置于馬福爐中以1℃/min的速率升溫至500℃焙燒3小時(shí)，即得鎂鋁比為1.6∶1的復(fù)合金屬氧化物Mg0.62Al0.38O(OH)0.38。
酸性廢水處理過程稱取0.5克鎂鋁復(fù)合金屬氧化物Mg0.62Al0.38O(OH)0.38，分別置于30毫升0.5wt％的硫酸、硝酸和混酸酸性廢水中，攪拌，記錄酸性廢水的初始pH值和到達(dá)中性所需的時(shí)間，然后離心分離回收處理劑。具體結(jié)果如表1。該處理劑可以在16-23分鐘的時(shí)間內(nèi)將pH值為1.3-1.5的酸性廢水處理至中性(pH＝7)。經(jīng)過對回收的處理劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)測定發(fā)現(xiàn)鎂鋁復(fù)合金屬氧化物在酸性廢水處理過程中恢復(fù)了層狀水滑石結(jié)構(gòu)。
表1

實(shí)施例2處理劑的制備將0.36摩爾(92.3克)Mg(NO3)2·6H2O和0.225摩爾(84.4克)Al(NO3)3·9H2O溶于1000毫升自來水中配成混合鹽溶液，將0.936摩爾(52.4克)KOH和0.45摩爾(62.1克)K2CO3溶于235毫升自來水中配成混合堿溶液，在充分?jǐn)嚢柘?，將堿溶液滴加入鹽溶液中，滴加速率30毫升/分鐘，滴加完畢，升溫至60℃晶化6小時(shí)，生成白色沉淀，用漏斗抽濾，分離出的產(chǎn)物用自來水洗滌，在80℃干燥，得鎂鋁比為1.6∶1的水滑石。將水滑石前體置于馬福爐中以3℃/min的速率升溫至430℃焙燒3小時(shí)，得鎂鋁比為1.6∶1的復(fù)合金屬氧化物Mg0.62Al0.38O(OH)0.38。
酸性廢水處理過程同實(shí)施例1。具體結(jié)果如表2。該處理劑可以在8-12分鐘的時(shí)間內(nèi)將pH值為1.3-1.5的酸性廢水處理至中性(pH＝7)。
表2

實(shí)施例3處理劑的制備將0.36摩爾(88.7克)MgSO4·7H2O和0.072摩爾(48.0克)Al2(SO4)3·18H2O溶于180毫升自來水中配成混合鹽溶液，將1.764摩爾(70.6克)NaOH和0.288摩爾(30.5克)Na2CO3溶于1000毫升自來水中配成混合堿溶液，在充分?jǐn)嚢柘?，將鹽溶液滴加入堿溶液中，滴加速率5毫升/分鐘，滴加完畢，升溫至100℃晶化0.5小時(shí)，生成白色沉淀，用漏斗抽濾，分離出的產(chǎn)物用自來水洗滌，在70℃干燥，得鎂鋁比為2.5∶1的水滑石。將水滑石前體置于馬福爐中以5℃/min的速率升溫至550℃焙燒3小時(shí)，即得鎂鋁比為2.5∶1的復(fù)合金屬氧化物Mg0.71Al0.29O(OH)0.29。
酸性廢水處理過程稱取0.5克鎂鋁復(fù)合金屬氧化物Mg0.71Al0.29O(OH)0.29，分別置于30毫升0.5wt％的硫酸、硝酸和混酸酸性廢水中，攪拌，記錄酸性廢水的初始pH值和到達(dá)中性所需的時(shí)間，然后離心分離回收處理劑。具體結(jié)果如表3。該處理劑可以在3-5分鐘的時(shí)間內(nèi)將pH值為1.3-1.5的酸性廢水處理至中性(pH＝7)。
表3

實(shí)施例4處理劑的制備將0.36摩爾(34.2克)MgCl2和0.09摩爾(12.0克)AlCl3溶于315毫升自來水中配成混合鹽溶液，將0.18摩爾(17.3克)(NH4)2CO3溶于100毫升自來水與215毫升25％的氨水中配成混合堿溶液，在充分?jǐn)嚢柘?，將鹽溶液倒入堿溶液中，然后升溫于40℃晶化10小時(shí)，生成白色沉淀，用漏斗抽濾，分離出的產(chǎn)物用自來水洗滌，在100℃干燥，得鎂鋁比為4∶1的水滑石。將水滑石前體置于馬福爐中以20℃/min的速率升溫至600℃焙燒2小時(shí)，即得鎂鋁比為4∶1的復(fù)合金屬氧化物Mg0.8Al0.2O(OH)0.2。
酸性廢水處理過程稱取0.5克鎂鋁復(fù)合金屬氧化物Mg0.8Al0.2O(OH)0.2，分別置于30毫升0.5wt％的硫酸、硝酸和混酸酸性廢水中，攪拌，記錄酸性廢水的初始pH值和到達(dá)中性所需的時(shí)間，然后離心分離回收處理劑。具體結(jié)果如表4。該處理劑可以在3-4分鐘的時(shí)間內(nèi)將pH值為1.3-1.5的酸性廢水處理至中性(pH＝7)。
表4

實(shí)施例5處理劑的制備將0.36摩爾(88.7克)MgSO4·7H2O和0.018摩爾(12.0克)Al2(SO4)3·18H2O溶于315毫升自來水中配成混合鹽溶液，將0.238摩爾(2.52克)NaOH和1摩爾(106克)Na2CO3溶于1000毫升自來水中配成混合堿溶液，在充分?jǐn)嚢柘拢瑢A溶液倒入鹽溶液中，然后升溫于90℃晶化4小時(shí)，生成白色沉淀，用漏斗抽濾，分離出的產(chǎn)物用自來水洗滌，在90℃干燥，得鎂鋁比為10∶1的水滑石。將水滑石前體置于馬福爐中以15℃/min的速率升溫至700℃焙燒1小時(shí)，即得鎂鋁比為10∶1的復(fù)合金屬氧化物Mg0.91Al0.09O(OH)0.09。
酸性廢水處理過程稱取0.5克鎂鋁復(fù)合金屬氧化物Mg0.91Al0.09O(OH)0.09，分別置于30毫升0.5wt％的硫酸、硝酸和混酸酸性廢水中，攪拌，記錄酸性廢水的初始pH值和到達(dá)中性所需的時(shí)間，然后離心分離回收處理劑。具體結(jié)果如表5。該處理劑可以在2分鐘的時(shí)間內(nèi)將pH值為1.3-1.5的酸性廢水處理至中性(pH＝7)。
表5

實(shí)施例6處理劑的再生將實(shí)施例3中處理酸性廢水后回收的處理劑干燥，置于馬福爐中以5℃/min的速率升溫至500℃焙燒3小時(shí)，又得鎂鋁復(fù)合金屬氧化物Mg0.71Al0.29O(OH)0.29。
將再生的鎂鋁復(fù)合金屬氧化物用于酸性廢水處理，同實(shí)施例3，結(jié)果如表6。該再生處理劑可以在3-5分鐘的時(shí)間內(nèi)將pH值為1.3-1.5的酸性廢水處理至中性(pH＝7)。
表6

重復(fù)上述處理劑的再生及廢水處理過程6次后，結(jié)果如表7。該再生處理劑可以在4-7分鐘的時(shí)間內(nèi)將pH值為1.3-1.5的酸性廢水處理至中性(pH＝7)。
表7

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種可再生循環(huán)使用的工業(yè)酸性廢水處理劑及其制備方法，其特征在于處理劑是以鎂鋁水滑石為前體經(jīng)焙燒得到的鎂鋁復(fù)合金屬氧化物，它具有與氧化鎂相似的晶體結(jié)構(gòu)，其組成通式為Mg1-xAlxO(OH)x，其中鎂鋁摩爾比可以從1.6∶1--10∶1；具體制備步驟為A.鹽溶液配制；B.堿溶液配制；C.共沉淀反應(yīng)；D.分離、洗滌、干燥；E.焙燒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可再生循環(huán)使用的工業(yè)酸性廢水處理劑及其制備方法，其特征在于所述處理劑制備步驟A--鹽溶液的配制是將可溶性鎂鹽和鋁鹽溶于水。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種可再生循環(huán)使用的工業(yè)酸性廢水處理劑及其制備方法，其特征在于所述在步驟A中用于制備鹽溶液的可溶性鎂鹽為氯化鎂、硫酸鎂或硝酸鎂，可溶性鋁鹽為氯化鋁、硫酸鋁或硝酸鋁，其中[Mg2+]的濃度為0.1-4.0mol/L，[Al3+]濃度為0.05-2.0mol/L，[Mg2+]/[Al3+]摩爾比為1.6∶1--10∶1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可再生循環(huán)使用的工業(yè)酸性廢水處理劑及其制備方法，其特征在于所述處理劑制備步驟B--堿溶液配制是將氫氧化鈉、碳酸鈉、氨水、碳酸銨、氫氧化鉀、碳酸鉀、氫氧化鈣或其混合物溶于水，其中[OH-]濃度為0.2-4.0mol/l，[CO32-]濃度為0.1-4.0mol/L，[OH-]/([Mg2+]+[Al3+])摩爾比為0.6-3.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可再生循環(huán)使用的工業(yè)酸性廢水處理劑及其制備方法，其特征在于所述處理劑制備步驟C--共沉淀反應(yīng)是在攪拌下將鹽溶液和堿溶液混合，然后于一定溫度晶化一段時(shí)間，生成白色沉淀。步驟C中所述共沉淀反應(yīng)攪拌轉(zhuǎn)速為80轉(zhuǎn)/每分鐘以上，晶化溫度為40℃以上，晶化時(shí)間為0.5小時(shí)以上，鹽溶液和堿溶液的混合方式可以是鹽溶液加入堿溶液中、堿溶液加入鹽溶液中或鹽溶液和堿溶液同時(shí)加入水中，加入方式可以是滴加或倒入，滴加速率5-30毫升/分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可再生循環(huán)使用的工業(yè)酸性廢水處理劑及其制備方法，其特征在于所述處理劑制備步驟D--分離、洗滌、干燥是將沉淀用離心或抽濾漏斗分離，用水洗滌至中性，在70-100℃干燥，得鎂鋁水滑石。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可再生循環(huán)使用的工業(yè)酸性廢水處理劑及其制備方法，其特征在于所述處理劑制備步驟E--焙燒是將鎂鋁水滑石前體置于馬福爐中以1-20℃/min的速率升溫至430-700℃焙燒1小時(shí)以上，得鎂鋁復(fù)合金屬氧化物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可再生循環(huán)使用的工業(yè)酸性廢水處理劑及其制備方法，其特征在于所述處理劑利用前體水滑石材料的結(jié)構(gòu)記憶效應(yīng)達(dá)到處理酸性廢水的目的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可再生循環(huán)使用的工業(yè)酸性廢水處理劑及其制備方法，其特征在于所述處理劑處理酸性廢水后經(jīng)回收及重新焙燒的過程為將處理酸性廢水后回收的處理劑干燥，置于馬福爐中1-20℃/min的速率升溫至430-700℃焙燒1小時(shí)以上，又得鎂鋁復(fù)合金屬氧化物，將再生的鎂鋁復(fù)合金屬氧化物用于酸性廢水處理，仍可使酸性廢水達(dá)到中性，且可多次再生重復(fù)使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可再生循環(huán)使用的工業(yè)酸性廢水處理劑及其制備方法，該酸性廢水處理劑是以鎂鋁水滑石為前體經(jīng)焙燒得到的鎂鋁復(fù)合金屬氧化物，利用水滑石材料的結(jié)構(gòu)記憶效應(yīng)達(dá)到處理酸性廢水的目的。本發(fā)明酸性廢水處理劑制備工藝簡單，處理酸性廢水效果好，并且處理劑使用后經(jīng)過焙燒可多次再生重復(fù)使用。解決了現(xiàn)有技術(shù)中工藝復(fù)雜、處理劑用量大及不能重復(fù)使用等問題。
文檔編號C02F1/66GK1919748SQ20061014075
公開日2007年2月28日 申請日期2006年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月9日
發(fā)明者趙蕓, 矯慶澤, 劉睿 申請人:北京理工大學(xué)