專利名稱：一種利用工業(yè)酸洗廢水和洗滌廢水合成有機水滑石的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境污染控制新材料的開發(fā)，尤其涉及一種利用工業(yè)酸洗廢水和洗滌廢水合成有機水滑石的方法。
背景技術(shù)：
由于軋鋼構(gòu)件暴露在空氣中容易被氧氣氧化，俗稱生銹。進(jìn)行軋鋼構(gòu)件的表面加工處理時，需要對構(gòu)件表面銹化層進(jìn)行清除。對軋鋼構(gòu)件表面進(jìn)行加工處理，可以增強其耐受能力，延長其使用壽命。軋鋼構(gòu)件表面銹化層的清除主要有物理方法、化學(xué)方法和電化學(xué)方法等。物理法主要憑借機械力剝離銹層，該方法缺點主要是銹層去除不徹底，除銹過程產(chǎn)生大量的粉塵，目前在鋼鐵除銹領(lǐng)域應(yīng)用地比較少；化學(xué)方法應(yīng)用的最廣，主要是依靠酸與銹層反應(yīng)達(dá)到除銹的目的，化學(xué)法除銹具有速度快、除銹徹底、保證后續(xù)鋼鐵表面處理的質(zhì)量等優(yōu)點，但是，化學(xué)方法處理依舊有不盡人意之處，如酸洗廢液等污染周圍環(huán)境。隨著經(jīng) 濟(jì)的發(fā)展，鋼鐵工業(yè)和鋼鐵制造業(yè)也不斷的發(fā)展，鋼材化學(xué)酸洗除銹過程產(chǎn)生的問題日益突出，成為廢水治理中的研究重點之一。鋼鐵表面由于腐蝕產(chǎn)生的銹層組成成分主要有Fe203，F(xiàn)eO, Fe3O4，水合鐵銹化合物等。銹層呈疏松、多孔狀態(tài)，易滲透，表面積比較大。酸洗過程主要是酸與鐵銹進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使銹層脫離鐵基體，在酸洗除銹過程同時發(fā)生酸溶解鐵基體的反應(yīng)。除銹過程發(fā)生的反應(yīng)主要如下
6H+ + Fe2O3 = 2Fe3+ + 3H20,
2H+ + FeO = Fe2+ + H2O,
8H+ + Fe3O4 = 2Fe3+ + Fe2+ + 4H20,
2Fe3+ + Fe = 3Fe2+，
2H+ + Fe = Fe2+ + H2。酸洗過程產(chǎn)生的廢水中含油大量的Fe2+和Fe3+離子，因此，可以作為資源來使用。層狀雙輕基復(fù)合金屬氧化物(Layered Double Hydroxides,簡稱LDH),又稱水滑石，是一類重要的無機功能材料。其獨特的層狀結(jié)構(gòu)及層板元素和層間陰離子的可調(diào)變性受到人們的廣泛關(guān)注，經(jīng)離子交換向?qū)娱g引入新的客體陰離子可使層狀結(jié)構(gòu)和組成產(chǎn)生相應(yīng)的變化，因而可以制備一大類具有特殊性質(zhì)的功能材料。水滑石材料屬于陰離子型層狀化合物。層狀化合物是指具有層狀結(jié)構(gòu)、層間離子具有可交換性的一類化合物，利用層狀化合物主體在強極性分子作用下所具有的可插層性和層間離子的可交換性，將一些功能性客體物質(zhì)引入層間空隙并將層板距離撐開從而形成層柱化合物。水滑石化學(xué)結(jié)構(gòu)通式為[M2YxM3+X(OH)2F [(A11— )x/n*mH20]，其中M2+為Mg2+，Ni2+，Mn2+，Zn2+，Ca2+，F(xiàn)e2+，Cu2+ 等二價金屬陰離子；M3+ 為 Al3+，Cr3+，F(xiàn)e3+，Co3+ 等三價金屬陰離子；A11—為陰離子，如⑶廣，NO3' CF, 0H_，S042—，P043—，C6H4 (COO) 22-等無機和有機離子以及絡(luò)合離子，當(dāng)層間無機陰離子不同，水滑石的層間距不同，同時在水滑石吸附污染物之后，層間距也會增大，以容納更多的污染物。
目前，水滑石類材料的合成方法主要有鹽-堿法、鹽-氧化物法和離子交換法，還衍生出誘導(dǎo)水解法、水熱法、熱處理重新水合法等。其中最常用的方法是共沉淀法，即在一定溫度下用構(gòu)成水滑石層的金屬離子混合溶液在堿的作用下發(fā)生共沉淀來制備。該方法簡單易操作，是常用的制備方法，該方法中需要利用一定量的二價金屬離子和三價金屬離子， 從經(jīng)濟(jì)的角度來看增加了投入；從治理環(huán)境的角度來看合成的過程中增加了廢水的產(chǎn)生， 對環(huán)境治理提出了新的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)中制備有機水滑石并用于有機廢水處理的不足， 提供一種利用工業(yè)酸洗廢水和洗滌廢水合成有機水滑石的方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是依次包括如下步驟1)收集酸洗除銹廢水，投入廢鐵或銹鐵，過濾去除固體顆粒，分析其中Fe2+和Fe3+離子的濃度，通過加入其他三價金屬鹽和二價金屬鹽來調(diào)節(jié)，使二價離子的摩爾濃度是三價離子的摩爾濃度的2 4倍；2)向酸洗廢水中滴加50% 70%的KOH溶液，持續(xù)200 300rpm攪拌，當(dāng)無沉淀再生成， 停止滴加KOH溶液，分離沉淀物；3)將分離后的沉淀物制成懸濁液，固液質(zhì)量比為1:Γ1 8,向該懸濁液中繼續(xù)滴加 50% 70%的KOH溶液，直至pH值至1(Γ13為止，滴加時在300 400 rpm下攪拌，滴加完成后懸濁液在室溫下老化2Γ48 h，分離沉淀物；將該沉淀物加入到洗滌廢水中，固液質(zhì)量比為1:1000 1 :5000，在300 400 rpm轉(zhuǎn)速下攪拌Γ4 h，分離沉淀物，在7(T90°C下烘干，制備成有機水滑石。
本發(fā)明的優(yōu)點是利用酸洗除銹廢水中的金屬離子和洗滌廢水中的陰離子，同時制備具有廣泛應(yīng)用范 圍的有機水滑石，實現(xiàn)廢物利用，合成得到的有機水滑石可以作為吸附材料，用于環(huán)境治理。
具體實施方式
將酸洗除銹廢水收集，盡量多的投入一些廢鐵或銹鐵，將其中酸消耗掉，一方面增加Fe2+和Fe3+離子的濃度，另一方面可以減少后續(xù)堿的加入量。過濾去除酸洗除銹廢水固體顆粒，分析其中Fe2+和Fe3+離子的摩爾濃度，并通過加入其他三價金屬鹽(如比較便宜的 Al3+、Fe3+)和二價金屬鹽(如比較便宜的Mg2+、Fe2+)來調(diào)節(jié)，確保二價離子的摩爾濃度是三價離子的摩爾濃度的2 4倍。向酸洗廢水中快速滴加50% 70%的KOH溶液，持續(xù)200 300 rpm攪拌，金屬離子在堿作用下發(fā)生沉淀，當(dāng)堿液無沉淀再生成，停止滴加KOH溶液，分離沉淀物。分離后的沉淀物無需烘干，制成懸濁液，固液比為1:Γ1 :8(質(zhì)量比)，向該懸濁液中繼續(xù)滴加50% 70%的KOH溶液，直至pH值至1(Γ13為止，滴加時在300 400 rpm下快速攪拌，滴加完成后懸濁液在室溫下老化2Γ48 h，分離沉淀物，在該過程中，金屬離子在堿性條件下生成水滑石。將該沉淀物加入到洗滌廢水中，固液質(zhì)量比為1:100(Tl =5000,300^400 rpm轉(zhuǎn)速下攪拌3 4 h，分離沉淀物，在7(T90°C下烘干，洗滌廢水中的陰離子表面活性劑則進(jìn)入水滑石層間，即制備成有機水滑石。
以下進(jìn)一步提供本發(fā)明的3個實施例 實施例1
將酸洗廢水收集，測其PH值，pH為3. 2，投入一些廢鐵和銹鐵，將其中酸消耗掉，一方面增加Fe2+和Fe3+離子的濃度，另一方面可以減少后續(xù)堿的加入量；過濾去除酸洗廢水固體顆粒，分析其中Fe2+和Fe3+離子的濃度，并通過加入其他三價金屬鹽AlCl3，確保二價離子的摩爾濃度是三價離子的摩爾濃度的4倍；向酸洗廢水中快速滴加50%的KOH溶液，持續(xù)200 rpm攪拌，金屬離子在堿作用下發(fā)生沉淀，當(dāng)堿液無沉淀再生成，停止滴加KOH溶液，分離沉淀物；分離后的沉淀物無需烘干，制成懸濁液，固液比為1:4 (質(zhì)量比)，向該懸濁液中繼續(xù)滴加50%的KOH溶液，直至pH值至10為止，滴加時在300 rpm下快速攪拌，滴加完成后懸濁液在室溫下老化24h，分離沉淀物，在該過程中，金屬離子在堿性條件下生成水滑石；將該沉淀物加入到洗滌廢水中，固液比為1:1000，300rpm轉(zhuǎn)速下攪拌3 h，分離沉淀物，在70°C下烘干，洗滌廢水中的陰離子表面活性劑則進(jìn)入水滑石層間，即制備成有機水滑石。將該有機水滑石用于處理含15mg/L的對硝基苯的有機廢水，每克水滑石對應(yīng)的所處理的廢水體積約為I L，快速攪拌60分鐘；反應(yīng)產(chǎn)物在沉淀池停留30分鐘，固液分離，紫外可見分光光度計測定上清液濃度，污染物去除率為95. 2%。實施例2
將酸洗廢水收集，測其pH值，pH為3. 8，投入一些廢鐵和銹鐵，將其中酸消耗掉，一方面增加Fe2+和Fe3+離子的濃度，另一方面可以減少后續(xù)堿的加入量；過濾去除酸洗廢水固體顆粒，分析其中Fe2+和Fe3+離子的濃度，并通過加入二價金屬鹽MgCl2來調(diào)節(jié)，確保二價離子的摩爾濃度是三價離子的摩爾濃度的2倍；向酸洗廢水中快速滴加70%的KOH溶液，持續(xù)300 rpm攪拌，金屬離子在堿作用下發(fā)生沉淀，當(dāng)堿液無沉淀再生成，停止滴加KOH溶液，分離沉淀物；分離后的沉淀物無需烘干，制成懸濁液，固液比為1:8 (質(zhì)量比)，向該懸濁液中繼續(xù)滴加70%的KOH溶液，直至pH值至13為止，滴加時在400 rpm下快速攪拌，滴加完成后懸濁液在室溫下老化48 h，分離沉淀物，在該過程中，金屬離子在堿性條件下生成水滑石；將該沉淀物加入到洗滌廢水中，固液比為1:5000，在400 rpm轉(zhuǎn)速下攪拌4 h，分離沉淀物，在90°C下烘干，洗滌廢水中的陰離子表面活性劑則進(jìn)入水滑石層間，即制備成有機水滑石。將該有機水滑石用于處理含15 mg/L的甲苯的有機廢水，每克水滑石對應(yīng)的所處理的廢水體積約為I L，快速攪拌60分鐘；反應(yīng)產(chǎn)物在沉淀池停留30分鐘，固液分離，紫外可見分光光度計測定上清液濃度，污染物去除率為97. 5%。實施例3
將酸洗廢水收集，測其pH值，pH為2. 8，投入一些廢鐵和銹鐵，將其中酸消耗掉，一方面增加Fe2+和Fe3+離子的濃度，另一方面可以減少后續(xù)堿的加入量；過濾去除酸洗廢水固體顆粒，分析其中Fe2+和Fe3+離子的濃度，并通過加入二價金屬鹽FeCl2來調(diào)節(jié)，確保二價離子的摩爾濃度是三價離子的摩爾濃度的3倍；向酸洗廢水中快速滴加60%的KOH溶液，持續(xù)250 rpm攪拌，金屬離子在堿作用下發(fā)生沉淀，當(dāng)堿液無沉淀再生成，停止滴加KOH溶液，分離沉淀物；分離后的沉淀物無需烘干，制成懸濁液，固液比為1:6 (質(zhì)量比)，向該懸濁液中繼續(xù)滴加60%的KOH溶液，直至pH值至12為止，滴加時在350 rpm下快速攪拌，滴加完成后懸濁液在室溫下老化35 h，分離沉淀物，在該過程中，金屬離子在堿性條件下生成水滑石；將該沉淀物加入到洗滌廢水中，固液比為1:3000，在350 rpm轉(zhuǎn)速下攪拌4 h，分離沉淀物，在80°C下烘干，洗滌廢水中的陰離子表面活性劑則進(jìn)入水滑石層間，即制備成有機水滑石。
將該有機水滑石用于處理含15 mg/L的苯酚的有機廢水，每克水滑石對應(yīng)的所處 理的廢水體積約為I L，快速攪拌60分鐘；反應(yīng)產(chǎn)物在沉淀池停留30分鐘，固液分離，紫外 可見分光光度計測定上清液濃度，污染物去除率為91. 2%。
權(quán)利要求
1.一種利用工業(yè)酸洗廢水和洗滌廢水合成有機水滑石的方法，其特征是依次包括如下步驟1)收集酸洗除銹廢水，投入廢鐵或銹鐵，過濾去除固體顆粒，分析其中Fe2+和Fe3+離子的濃度，通過加入其他三價金屬鹽和二價金屬鹽來調(diào)節(jié)，使二價離子的摩爾濃度是三價離子的摩爾濃度的2 4倍；2)向酸洗廢水中滴加50% 70%的KOH溶液，持續(xù)200 300rpm攪拌，當(dāng)無沉淀再生成， 停止滴加KOH溶液，分離沉淀物；3)將分離后的沉淀物制成懸濁液，固液質(zhì)量比為1:Γ1 8,向該懸濁液中繼續(xù)滴加 50% 70%的KOH溶液，直至pH值至1(Γ13為止，滴加時在300 400 rpm下攪拌，滴加完成后懸濁液在室溫下老化2Γ48 h，分離沉淀物；將該沉淀物加入到洗滌廢水中，固液質(zhì)量比為1:1000 1 :5000，在300 400 rpm轉(zhuǎn)速下攪拌Γ4 h，分離沉淀物，在7(T90°C下烘干，制備成有機水滑石。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用工業(yè)酸洗廢水和洗滌廢水合成有機水滑石的方法，分析酸洗除銹廢水中的Fe2+和Fe3+離子的濃度，使二價離子的摩爾濃度是三價離子的摩爾濃度的2~4倍；向酸洗廢水中滴加50%~70%的KOH溶液，分離沉淀物；將分離后的沉淀物制成懸濁液，固液質(zhì)量比為14~18，向該懸濁液中繼續(xù)滴加50%~70%的KOH溶液，直至pH值至10~13為止，滴加完成后懸濁液在室溫下老化24~48h，分離沉淀物；將該沉淀物加入到洗滌廢水中，固液質(zhì)量比為11000~15000；利用酸洗除銹廢水中的金屬離子和洗滌廢水中的陰離子同時制備有機水滑石，實現(xiàn)廢物利用，有機水滑石可作為吸附材料。
文檔編號C02F1/28GK102989419SQ201210494229
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者馬建鋒, 高琪, 姚超, 李定龍 申請人:常州大學(xué)