一種用于吸附廢水中重金屬材料的制備方法及其應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于吸附廢水中重金屬材料的制備方法及其應用。該方法以工業(yè)廢棄物粉煤灰、鎳渣以及硅酸鈉為主要原料，經(jīng)對粉煤灰改性處理、原料混合、壓制成型、高溫反應后，制備復合吸附材料。經(jīng)本發(fā)明制備的復合材料具備比表面積大、去除重金屬離子效率高、可以解析重復利用等特點，不僅解決了廢棄物粉煤灰和鎳渣對環(huán)境的嚴重污染，又解決了這些廢棄物在吸附重金屬時對環(huán)境的二次污染，同時節(jié)約了生產(chǎn)成本、經(jīng)濟效益顯著，適合規(guī)?；a(chǎn)。
【專利說明】一種用于吸附廢水中重金屬材料的制備方法及其應用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于吸附廢水中重金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別含有粉煤灰-鎳渣復合吸附材料。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著我國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的推進，規(guī)?；⒓s化的畜禽養(yǎng)殖業(yè)得以迅猛發(fā)展，成為我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟的重要組成部分。但是畜禽養(yǎng)殖業(yè)大力發(fā)展所帶來的環(huán)境污染問題也日益嚴重，它不僅影響經(jīng)濟發(fā)展，而且還危及生態(tài)安全，已成為人們普遍關(guān)注的社會問題。目前針對工業(yè)廢水中高濃度重金屬的去除普遍采用化學沉淀法，但畜禽養(yǎng)殖廢水中重金屬濃度較低，使用化學沉淀法會消耗大量的藥劑，而吸附法更適合去除廢水中濃度較低的重金屬。關(guān)于重金屬吸附材料的研宄比較多，包括活性炭、改性硅酸鹽材料等，近年來低成本高效吸附劑的研發(fā)成為重金屬吸附去除的研宄趨勢。廉價吸附劑如天然礦物對砷等重金屬具有一定的吸附效能，但吸附能力有限，難以實現(xiàn)高效去除。專利文獻CN101805093A公開一種規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖廢水深度處理方法，專利文獻CN104003463A公開了一種去除畜禽養(yǎng)殖廢水中重金屬的方法。
[0003]粉煤灰是粉煤經(jīng)高溫燃燒后形成的一種類似火山灰質(zhì)的混合材料，是冶煉、化工、燃煤電廠等企業(yè)排出的固體廢物，其主要成分是Si02、A1203、Fe203、CaO和未燃盡碳。作為固體廢棄物排放的粉煤灰來源廣泛，可用來去除水中的污染物。專利文獻CN102557711A公開利用粉煤灰為原料的多孔過濾材料及其制備方法，專利文獻CN1923723A公開一種復合粉煤灰填料及其應用，專利文獻CN102775026B公開一種利用改性粉煤灰處理沼液的方法。
[0004]鎳渣的主要成分為Ca、S1、Mg、Al等元素的氧化物，是一種高溫熔融冷卻下來的無定形非晶物質(zhì)。鎳渣的主要結(jié)晶相為鎂質(zhì)斜鐵輝石(Fe、Mg) Si03，衍射峰明顯寬化說明鎳渣中玻璃相含量較高，這使得鎳渣結(jié)構(gòu)中存在大量的間隙。專利文獻CN103816862A公開可回收重金屬離子的硅藻土-鎳渣復合吸附材料及其制備，專利文獻CN103816863A公開用于含磷廢水處理的硅藻土-鎳渣復合吸附材料及其制備，專利文獻CN103831080A公開用于回收廢水中重金屬離子的鎳渣吸附材料及其制備。然而，這些文獻公開的復合吸附材料未見公開粉煤灰-鎳渣復合吸附材料。
[0005]經(jīng)檢索，國內(nèi)外尚未有粉煤灰結(jié)合鎳渣研制可對畜禽廢水中的重金屬吸附材料的報導，該項目屬于國內(nèi)外首家研宄發(fā)明的技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于針對工業(yè)廢棄物粉煤灰和鎳渣污染環(huán)境等缺點，提供一種用于吸附廢水中重金屬材料的制備方法及其應用。本發(fā)明不僅為粉煤和鎳渣的綜合利用提供了新的思路和方向，拓寬了其再利用的渠道，減輕環(huán)境壓力，同時解決了廢棄物二次污染等技術(shù)冋題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種用于吸附廢水中重金屬材料，其特征在于:原料包括改性粉煤灰、鎳渣和硅酸鈉。
[0008]本發(fā)明提供一種用于吸附廢水中重金屬材料，其特征在于:含有以下成分:
[0009]粉煤灰為40_50wt %，
[0010]鎳渣為40_50wt%，
[0011]硅酸鈉為0_10wt%。
[0012]進一步地，所述的解吸劑為無機解吸劑。
[0013]進一步地，所述的無機解吸劑為鹽酸、硝酸、硫酸、或它們中的兩種或兩種以上的混合物。其中，優(yōu)選鹽酸和硝酸，更優(yōu)選鹽酸。
[0014]進一步地，所述的粉煤灰酸化作用的酸為鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸，或它們中的兩種或兩種以上的混合物，其中，優(yōu)選鹽酸和硝酸。其中酸的濃度范圍為l-10mol/L，優(yōu)選為5-10mol/Lo
[0015]進一步地，所述的結(jié)合劑為聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、過氯乙烯、聚異丁烯、或它們中的兩種或兩種以上的混合物。其中，優(yōu)選聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯，更優(yōu)選聚乙烯醇。其中結(jié)合劑的用量為5-20%，優(yōu)選為10-15%。
[0016]一種用于吸附廢水中重金屬材料的制備方法，具體步驟:
[0017]①粉煤灰改性處理:將粉煤灰進行酸化處理，再加熱冷卻后干燥，備用；
[0018]②原料混合:將改性后粉煤灰、鎳渣和硅酸鈉按質(zhì)量比置于行星球磨機上200-400r/min球磨10_15h，將研磨得到的漿料過濾脫水、烘干、破碎，得到粒數(shù)小于30目的統(tǒng)料；
[0019]③壓制成型:在統(tǒng)料中加入結(jié)合劑，置于混料機中混合均勻，困料10-15h后，將混料壓制成型，成型式樣在100-120°C烘干10h ；
[0020]④高溫反應:將成型試樣置于馬佛爐中，800-1100°C反應燒結(jié)2_5h后，冷卻至室溫，得到粉煤灰-鎳渣復合吸附材料。
[0021]一種如上述所述的用于吸附廢水中重金屬材料的應用，主要為用于畜禽養(yǎng)殖廢水重金屬離子的吸收和解吸。
[0022]本發(fā)明的有益效果在于:
[0023]①本發(fā)明工業(yè)廢棄物粉煤灰和鎳渣為主要原料制備復合吸附材料，不僅為工業(yè)廢棄物粉煤灰和鎳渣的綜合利用提供了新的思路和方向，而且減輕了環(huán)境污染，具有重大的環(huán)保意義。
[0024]②經(jīng)本發(fā)明方法制備的復合吸附材料，可以解析重復利用，避免了工業(yè)廢氣的二次污染。
[0025]③經(jīng)本發(fā)明方法制備的復合吸附材料，比表面積大，有利于畜禽養(yǎng)殖廢水中重金屬離子的吸附，有十分廣泛的應用前景。

【具體實施方式】
[0026]實例1?4
[0027]以下結(jié)合具體實例對本方案做進一步說明。這些實例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進一步調(diào)整，為注明的實施條件通常為常規(guī)實驗中的條件。
[0028]本實施例所用廢水主要來自養(yǎng)豬廢水，其中Cu2+的含量為0.5mg/L，Zn 2+的含量為
0.3mg/L，As2+的含量為 0.35mg/L。
[0029]實施例1
[0030]本例原料的重量配比為:粉煤灰為45wt%，鎳渣為45wt%，硅酸鈉為10wt%。將粉煤灰用lOmol/L鹽酸進行酸化處理，再加熱冷卻后干燥，備用。按配方將改性后粉煤灰、鎳渣和硅酸鈉稱重，置于行星球磨機上300r/min球磨10h，將研磨得到的漿料過濾脫水、烘干、破碎，得到粒數(shù)小于30目的統(tǒng)料；加入結(jié)合劑聚乙烯醇，用量為統(tǒng)料的15% ;置于混料機中混合均勻，困料1h后，將混料壓制成型，成型式樣在100°C烘干1h ;將成型試樣置于馬佛爐中，900°C反應燒結(jié)3h后，冷卻至室溫，得到粉煤灰-鎳渣復合吸附材料。
[0031]將制得的復合材料進行畜禽養(yǎng)殖廢水中重金屬離子的吸附實驗，每間隔一定時間測試吸附試劑樣品的吸附效果，分別探討不同吸附時間(0.5、l、2、4、6、16、24h)、不同投加量(0.2、0.4、0.6、0.8、l、2.5、5g/L)、不同 pH 值(3、4、5、6、7、8、9、10)等對除 Cu2+、Zn2+、As2+效率的影響。結(jié)果表明，對Cu2+和Zn 2+的吸附在0.5h后基本達到平衡，對As 2+的吸附在6h后基本達到平衡；吸附Cu2+、Zn2+、As2+最佳初始pH值是10 ;當反應時間為24h，在投加量為0.5g/L時，對Cu2+和Zn 2+的吸附效率達到95.7%，在投加量為5g/L時，對As 2+的吸附效率達到85.2%o
[0032]實施例2
[0033]本例原料的重量配比為:粉煤灰為40wt%，镲澄為50wt%，娃酸鈉為5wt%。將粉煤灰用8mol/L鹽酸進行酸化處理，再加熱冷卻后干燥，備用。按配方將改性后粉煤灰、鎳渣和硅酸鈉稱重，置于行星球磨機上400r/min球磨12h，將研磨得到的漿料過濾脫水、烘干、破碎，得到粒數(shù)小于30目的統(tǒng)料；加入結(jié)合劑聚乙烯醇，用量為統(tǒng)料的12%;置于混料機中混合均勻，困料1h后，將混料壓制成型，成型式樣在100°C烘干1h ;將成型試樣置于馬佛爐中，800°C反應燒結(jié)4h后，冷卻至室溫，得到粉煤灰-鎳渣復合吸附材料。
[0034]將制得的復合材料進行畜禽養(yǎng)殖廢水中重金屬離子的吸附實驗，每間隔一定時間測試吸附試劑樣品的吸附效果，分別探討不同吸附時間(0.5、l、2、4、6、16、24h)、不同投加量(0.2、0.4、0.6、0.8、l、2.5、5g/L)、不同 pH 值(3、4、5、6、7、8、9、10)等對除 Cu2+、Zn2+、As2+效率的影響。結(jié)果表明，對Cu2+和Zn 2+的吸附在0.5h后基本達到平衡，對As 2+的吸附在6h后基本達到平衡；吸附Cu2+、Zn2+、As2+最佳初始pH值是10 ;當反應時間為24h，在投加量為0.5g/L時，對Cu2+和Zn 2+的吸附效率達到96.5%，在投加量為5g/L時，對As 2+的吸附效率達到87.6%o
[0035]實施例3
[0036]本例原料的重量配比為:粉煤灰為50wt%，镲澄為44wt%，娃酸鈉為6wt%。將粉煤灰用5mol/L鹽酸進行酸化處理，再加熱冷卻后干燥，備用。按配方將改性后粉煤灰、鎳渣和硅酸鈉稱重，置于行星球磨機上200r/min球磨15h，將研磨得到的漿料過濾脫水、烘干、破碎，得到粒數(shù)小于30目的統(tǒng)料；加入結(jié)合劑聚乙烯醇，用量為統(tǒng)料的13%;置于混料機中混合均勻，困料1h后，將混料壓制成型，成型式樣在100°C烘干1h ;將成型試樣置于馬佛爐中，1000°C反應燒結(jié)2h后，冷卻至室溫，得到粉煤灰-鎳渣復合吸附材料。
[0037]將制得的復合材料進行畜禽養(yǎng)殖廢水中重金屬離子的吸附實驗，每間隔一定時間測試吸附試劑樣品的吸附效果，分別探討不同吸附時間(0.5、l、2、4、6、16、24h)、不同投加量(0.2、0.4、0.6、0.8、l、2.5、5g/L)、不同 pH 值(3、4、5、6、7、8、9、10)等對除 Cu2+、Zn2+、As2+效率的影響。結(jié)果表明，對Cu2+和Zn 2+的吸附在0.5h后基本達到平衡，對As 2+的吸附在6h后基本達到平衡；吸附Cu2+、Zn2+、As2+最佳初始pH值是10 ;當反應時間為24h，在投加量為0.5g/L時，對Cu2+和Zn 2+的吸附效率達到95.9%，在投加量為5g/L時，對As 2+的吸附效率達到87.0%o
[0038]實施例4
[0039]本例原料的重量配比為:粉煤灰為50wt%，鎳渣為50wt%，硅酸鈉為0wt%。將粉煤灰用lOmol/L鹽酸進行酸化處理，再加熱冷卻后干燥，備用。按配方將改性后粉煤灰、鎳渣和硅酸鈉稱重，置于行星球磨機上300r/min球磨10h，將研磨得到的漿料過濾脫水、烘干、破碎，得到粒數(shù)小于30目的統(tǒng)料；加入結(jié)合劑聚乙烯醇，用量為統(tǒng)料的15% ;置于混料機中混合均勻，困料10h后，將混料壓制成型，成型式樣在100°C烘干10h ;將成型試樣置于馬佛爐中，900°C反應燒結(jié)3h后，冷卻至室溫，得到粉煤灰-鎳渣復合吸附材料。
[0040]將制得的復合材料進行畜禽養(yǎng)殖廢水中重金屬離子的吸附實驗，每間隔一定時間測試吸附試劑樣品的吸附效果，分別探討不同吸附時間(0.5、l、2、4、6、16、24h)、不同投加量(0.2、0.4、0.6、0.8、l、2.5、5g/L)、不同 pH 值(3、4、5、6、7、8、9、10)等對除 Cu2+、Zn2+、As2+效率的影響。結(jié)果表明，對Cu2+和Zn 2+的吸附在0.5h后基本達到平衡，對As 2+的吸附在6h后基本達到平衡；吸附Cu2+、Zn2+、As2+最佳初始pH值是10 ;當反應時間為24h，在投加量為0.5g/L時，對Cu2+和Zn 2+的吸附效率達到95.0%，在投加量為5g/L時，對As 2+的吸附效率達到85.7%o
【權(quán)利要求】
1.一種用于吸附廢水中重金屬材料，其特征在于:原料包括改性粉煤灰、鎳渣和硅酸鈉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于吸附廢水中重金屬材料，其特征在于:其原料組成按重量分數(shù)計為:粉煤灰為40-50wt %，鎳渣為40-50wt %，硅酸鈉為O-1Owt %。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于吸附廢水中重金屬材料，其特征在于:以工業(yè)廢棄物粉煤灰、鎳渣以及硅酸鈉為主要原料，經(jīng)對粉煤灰改性處理、原料混合、壓制成型、高溫反應后，制備粉煤灰-鎳渣復合吸附材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3任一一項所述一種用于吸附廢水中重金屬材料，其特征在于:制備步驟為: 粉煤灰改性處理:將粉煤灰進行酸化處理，再加熱冷卻后干燥，備用； 原料混合:將改性后粉煤灰、镲澄和娃酸鈉按質(zhì)量比置于行星球磨機上200-400r/min球磨10-15h，將研磨得到的漿料過濾脫水、烘干、破碎，得到粒數(shù)小于30目的統(tǒng)料； 壓制成型:在統(tǒng)料中加入結(jié)合劑，置于混料機中混合均勻，困料10-15h后，將混料壓制成型，成型式樣在100-120°C烘干1h ； 高溫反應:將成型試樣置于馬佛爐中，800-1100°C反應燒結(jié)2-5h后，冷卻至室溫，得到粉煤灰-鎳渣復合吸附材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的一種用于吸附廢水中重金屬材料的制備方法，其特征在于:粉煤灰進行酸化作用的酸為鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸，或它們中的兩種或兩種以上的混合物，濃度范圍為1-lOmol/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的一種用于吸附廢水中重金屬材料的制備方法，其特征在于:所述的結(jié)合劑選自:聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、過氯乙烯、聚異丁烯、或它們中的兩種或兩種以上的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于吸附廢水中重金屬材料，其特征在于:所述的解析劑為無機解吸劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于吸附廢水中重金屬材料，其特征在于:所述的解析劑選自:鹽酸、硝酸、硫酸、或它們中的兩種或兩種以上的混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于吸附廢水中重金屬材料的應用，其特征在于:用于畜禽養(yǎng)殖廢水重金屬離子的吸收和解吸。
【文檔編號】B01J20/30GK104492372SQ201410704542
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】韓哲, 王緒科, 朱英, 李靜, 陳衍玲 申請人:山東省科學院新材料研究所