專利名稱：一種銅鐵磁性金屬氧化物改性粉煤灰磷吸附劑的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種銅鐵磁性金屬氧化物改性粉煤灰磷吸附劑的制備方法及其應(yīng)用， 是一種以工業(yè)廢棄物粉煤灰為原料制備用于去除水中磷的吸附劑的方法。屬于固體廢棄物綜合利用和水處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著人類對環(huán)境資源開發(fā)利用活動的增加，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的加速，致使越來越多的營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入河流湖泊中，造成水體的富營養(yǎng)化，由于水體中的氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)過多而引發(fā)的湖泊、河流富營養(yǎng)化污染已成為我國面臨的重大環(huán)境問題。當(dāng)湖泊水庫等緩流水體中的總磷含量超過0. 02mg/L時(shí)就可能爆發(fā)藍(lán)綠藻水華。研究表明，水體中藻類植物的繁殖速度與磷含量密切相關(guān)，因此控制水中磷的含量就成了緩解水質(zhì)富營養(yǎng)化的首選措施之一。目前國內(nèi)外常用的除磷方法主要有沉淀法、生物法、吸附法等。吸附法除磷是利用某些多孔或大比表面的固體物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)對廢水的除磷凈化過程。吸附法由于工藝簡單，處理效果好而受到關(guān)注。粉煤灰是一種比較常用的吸附劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明粉煤灰可以有效凈化廢水中的磷。隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，能源需求猛增。煤炭在我國的能源結(jié)構(gòu)中一直占據(jù)主體地位。粉煤灰是煤炭燃燒過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢棄物，平均每年我國發(fā)電廠產(chǎn)生的粉煤灰總量在一億噸以上。目前，粉煤灰的處置方式以貯灰場堆放為主，據(jù)測算，一般電廠的大型貯灰場的建設(shè)費(fèi)用都在1億元上下，而且還占用了大量的土地，并對環(huán)境產(chǎn)生巨大的潛在危害。在我國，粉煤灰的綜合利用率僅為40%左右，基本都應(yīng)用于建筑業(yè)，以生產(chǎn)粉煤灰磚、 粉煤灰陶粒等輕質(zhì)建材，以及混凝土、砂漿中的摻合劑。但此類粉煤灰產(chǎn)品的生產(chǎn)成本高， 附加值低，不利于廣泛推廣。因此，加大對粉煤灰綜合利用的研究和開發(fā)顯得日益重要，利用粉煤灰凈化廢水中的磷具有重要的意義。國內(nèi)外的眾多研究發(fā)現(xiàn)，粉煤灰可投加到污水中除磷。相關(guān)文獻(xiàn)如1、粉煤灰處理含磷廢水的研究.上海環(huán)境科學(xué).2000. 19(1). 33— 34。2、粉煤灰吸附水中磷的研究. 粉煤灰綜合利.1996. (3). 60-62。利用粉煤灰除磷，以廢治廢，成本低廉，適合我國國情。一般來說，原狀粉煤灰的凈化效率較低，粉煤灰改性處理后可以充分發(fā)揮除磷效能，使吸附性能提高。常見的粉煤灰改性方法主要有酸改性，堿改性，高溫焙燒改性等。中國專利200610041032. 1公開了一種粉煤灰介導(dǎo)磁聚物治理城鎮(zhèn)生活污水的方法及絮凝劑，其絮凝劑由粉煤灰和殼聚糖、四氧化三鐵組成的磁聚物構(gòu)成，將粉煤灰和磁聚物投入到生活污水中，攪拌至有明顯絮狀物出現(xiàn)，在生活污水外加磁物，移除絮狀物即可。 其中殼聚糖和四氧化三鐵在弱酸溶液中復(fù)配而成復(fù)配物，粉煤灰單獨(dú)放置。使用時(shí)先加入粉煤灰，然后再加入殼聚糖、四氧化三鐵組成的磁聚物。雖能達(dá)到一定的治污目的，但具體使用時(shí)不很方便，需現(xiàn)場分別稱量投放。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題而提供一種銅鐵磁性金屬氧化物改性粉煤灰磷吸附劑的制備方法及其應(yīng)用，本發(fā)明簡單易行，生產(chǎn)成本低，除磷效果好。本發(fā)明所依據(jù)的原理在于銅鐵磁性金屬氧化物可以有效凈化水中的磷，將粉煤灰用銅鐵磁性金屬氧化物改性后可以提高粉煤灰對磷的凈化效果；同時(shí)用銅鐵磁性金屬氧化物對粉煤進(jìn)行改性過程中可以使金屬氧化物負(fù)載到粉煤灰顆粒表面，提高磁性金屬氧化物的分散度，使其對水中的磷具有更高的吸附效率；粉煤灰用銅鐵磁性金屬氧化物改性后， 可以使吸附劑具有磁性，便于利用磁分方法將吸附磷的吸附劑從水中分離出來，提高固液分離效率。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的
一種銅鐵磁性金屬氧化物改性粉煤灰磷吸附劑的制備方法，首先將濃度為0. 5-3mol/ L的硫酸亞鐵溶液和濃度為0. 5-3mol/L的硫酸銅溶液混合均勻，加熱至40-100°C，然后加入粉煤灰，三者比例按硫酸亞鐵硫酸銅粉煤灰=200-500ml IOOml l_150g，加 NaOH至pH為6-14，通空氣氧化5-120min，使產(chǎn)生磁性，然后陳化5-120min，過濾出沉淀，用蒸餾水洗滌，然后干燥，研磨，所得樣品即為改性粉煤灰磷吸附劑。在本發(fā)明中，硫酸亞鐵濃度的優(yōu)選方案為l-2mol/L，硫酸銅濃度的優(yōu)選方案為l_2mol/L，三種原材料硫酸亞鐵硫酸銅粉煤灰的優(yōu)選比例為 200-300ml IOOml 20_50g。加熱溫度優(yōu)選方案為60_90°C，pH優(yōu)選方案為8-12。通空氣氧化的優(yōu)選方案為5-30min，陳化優(yōu)選方案為20-60min。本發(fā)明的吸附劑的使用方法是將吸附劑投放到廢水中，通過添加硫酸或氫氧化鈉調(diào)PH值到3-10，最佳值為6-8，振蕩1-2小時(shí)，即可達(dá)到凈化目的，投放比例為0. 8_2g/ L0本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于將磁性金屬氧化物吸附劑負(fù)載到粉煤灰表面，可以提高粉煤灰對磷的凈化效果；同時(shí)可以提高磁性金屬氧化物的分散度，使磁性金屬氧化物具有更高的吸附效率；粉煤灰用銅鐵磁性金屬氧化物改性后，可以使吸附劑具有磁性，便于利用磁分方法將吸附磷的吸附劑從水中分離出來，提高固液分離效率。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極作用具體體現(xiàn)在
1.該方法工藝簡單，將硫酸亞鐵溶液，硫酸銅溶液和粉煤灰混合后，在一定溫度下調(diào)至一定PH值，然后通空氣氧化一定時(shí)間即可得到具有磁性的改性粉煤灰吸附劑。2.原料來源廣泛，粉煤灰為工業(yè)廢棄物，硫酸亞鐵也可以利用鈦白生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物硫酸亞鐵。3.再生利用了資源，處理污水后生成的污泥中磷含量較高，可直接回收磷，也可用作建筑材料或者用于土壤改良。
4.本方法所制備的吸附劑凈化效率較高，在廢水凈化過程中，吸附劑用量較少，對于10mg/L的含磷廢水，投加量為0. 8g/L即可使凈化率達(dá)到90%以上。5.本方法所制備的磷吸附劑可以在較寬的pH范圍內(nèi)凈化水中的磷，在pH3-10范圍內(nèi)均有較高的凈化效率。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明以下通過具體的實(shí)施例對技術(shù)方案作進(jìn)一步描述，但并不是限制本發(fā)明。實(shí)施例1
取200ml lmol/L硫酸亞鐵溶液和100ml lmol/L硫酸銅溶液于IOOOml燒杯中，加熱至70°C，加入23 g粉煤灰，加NaOH至pH為11，通空氣20min并充分?jǐn)嚢?，反?yīng)結(jié)束后，靜置陳化20min，過濾出沉淀，用蒸餾水洗滌，然后干燥，研磨即得銅鐵磁性金屬氧化物改性粉煤灰。利用上述工藝制成的磷吸附劑進(jìn)行除磷實(shí)驗(yàn)。所用水樣磷含量為10mg/L，取0. 14 克磷吸附劑投入IOOml水中，調(diào)節(jié)pH值為6. 0，在25°C條件下振蕩2小時(shí)，然后向水體施加磁場，可以觀察到吸附劑與溶液分離，清液移出即可，根據(jù)清液中剩余磷的濃度可以計(jì)算出改性粉煤灰對水中磷的凈化率為99. 09%，凈化后水中磷的剩余濃度為0. 091mg/L。實(shí)施例2
取250ml lmol/L硫酸亞鐵溶液和100ml lmol/L硫酸銅溶液于1000ml燒杯中，加熱至70°C，加入30 g粉煤灰，加NaOH至pH為9，通空氣20min并充分?jǐn)嚢?，反?yīng)結(jié)束后，靜置陳化20min，過濾出沉淀，用蒸餾水洗滌，然后干燥，研磨即得銅鐵磁性金屬氧化物改性粉煤灰。利用上述工藝制成的磷吸附劑進(jìn)行除磷實(shí)驗(yàn)。所用水樣磷含量為10mg/L，取0. 14 克磷吸附劑投入100ml水中，調(diào)節(jié)pH值為7. 0，在25°C條件下振蕩2小時(shí)，然后向水體施加磁場，可以觀察到吸附劑與溶液分離，清液移出即可，根據(jù)清液中剩余磷的濃度可以計(jì)算出改性粉煤灰對水中磷的凈化率為98. 41%，凈化后水中磷的剩余濃度為0. 159mg/L。實(shí)施例3
取300ml lmol/L硫酸亞鐵溶液和100ml lmol/L硫酸銅溶液于1000ml燒杯中，加熱至70°C，加入45 g粉煤灰，加NaOH至pH為12，通空氣20min并充分?jǐn)嚢?，反?yīng)結(jié)束后，靜置陳化20min，過濾出沉淀，用蒸餾水洗滌，然后干燥，研磨即得銅鐵磁性金屬氧化物改性粉煤灰。利用上述工藝制成的磷吸附劑進(jìn)行除磷實(shí)驗(yàn)。所用水樣磷含量為10mg/L，取0. 14 克磷吸附劑投入100ml水中，調(diào)節(jié)pH值為8. 0，在25°C條件下振蕩2小時(shí)，然后向水體施加磁場，可以觀察到吸附劑與溶液分離，清液移出即可，根據(jù)清液中剩余磷的濃度可以計(jì)算出改性粉煤灰對水中磷的凈化率為96. 75%，凈化后水中磷的剩余濃度為0. 325mg/L。
權(quán)利要求
1.一種銅鐵磁性金屬氧化物改性粉煤灰磷吸附劑的制備方法，其特征在于首先將濃度為0. 5-3mol/L的硫酸亞鐵溶液和濃度為0. 5-3mol/L的硫酸銅溶液混合均勻，加熱至40-100°C，然后加入粉煤灰，三者比例按硫酸亞鐵硫酸銅粉煤灰 =200-500ml IOOml l_150g，加 NaOH 至 pH 為 6-14，通空氣氧化 5_120min，使產(chǎn)生磁性， 然后陳化5-120min，過濾出沉淀，用蒸餾水洗滌，然后干燥，研磨，所得樣品即為改性粉煤灰磷吸附劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性粉煤灰磷吸附劑的制備方法，其特征在于硫酸亞鐵濃度的優(yōu)選方案為l_2mol/L，硫酸銅濃度的優(yōu)選方案為l-2mol/L，硫酸亞鐵硫酸銅粉煤灰的優(yōu)選比例為 200-300ml IOOml 20_50g。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性粉煤灰磷吸附劑的制備方法，其特征在于加熱溫度優(yōu)選方案為60-90°C，pH優(yōu)選方案為8-12。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性粉煤灰磷吸附劑的制備方法，其特征在于通空氣氧化的優(yōu)選方案為5-30min，陳化優(yōu)選方案為20-60min。
5.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的改性粉煤灰磷吸附劑處理含磷廢水的方法，其特征在于將吸附劑投放到廢水中，用硫酸或氫氧化鈉調(diào)PH值到3-10，最佳值為6-8，振蕩1-2小時(shí)，即可達(dá)到凈化目的，投放比例為0. 8-2g/L。
全文摘要
一種銅鐵磁性金屬氧化物改性粉煤灰磷吸附劑的制備方法及其應(yīng)用，特征是首先將硫酸亞鐵溶液和硫酸銅溶液混合均勻，加熱至40-100℃，然后加入粉煤灰，三者比例按硫酸亞鐵∶硫酸銅∶粉煤灰=200-500ml∶100ml∶1-150g，加NaOH至pH為6-14，通空氣5-120min，使產(chǎn)生磁性，然后陳化5-120min，過濾出沉淀，用蒸餾水洗滌，然后干燥，研磨，所得樣品即為改性粉煤灰磷吸附劑。本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于將磁性金屬氧化物吸附劑負(fù)載到粉煤灰表面，可以提高粉煤灰對磷的凈化效果；同時(shí)可以提高磁性金屬氧化物的分散度，使磁性金屬氧化物具有更高的吸附效率；且便于利用磁分方法將吸附磷的吸附劑從水中分離出來，提高固液分離效率。
文檔編號C02F1/58GK102350313SQ20111025229
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者何雪梅, 劉軍壇, 劉蕾, 姜靈彥, 彭偉功, 李春光, 李見云, 梁麗珍, ?？×? 王香平, 羅旭, 許可, 陳會凡 申請人:鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院