專利名稱：一種利用工業(yè)酸洗廢水合成水滑石的方法
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)，尤其涉及一種利用酸洗廢水合成水滑石的方法。
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(shí)，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(qiáng)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(jī)械力剝離銹層，該方法缺點(diǎn)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(diǎn)，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(diǎn)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(shí)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+ + Fe2O,；=2Fe3++ 3H20,2H+ + FeO :=Fe2+ +H2O,8H+ + Fe3O4；=2Fe3++ Fe2+ +2Fe3+ + Fe=3Fe2+，2H+ + Fe =:Fe2+ + 1 。
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(jī)功能材料。其獨(dú)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(qiáng)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_2Γ [(A11— )χ/η·πιΗ20]，其中M2+為Mg2+，Ni2+， Mn2+，Zn2+，Ca2+，F(xiàn)e2+，Cu2+ 等二價(jià)金屬陰離子；M3+ 為 Al3+，Cr3+，F(xiàn)e3+，Co3+ 等三價(jià)金屬陰離子； A11—為陰離子，如C032—，NO3' CF, OH—，S042—，PO,，C6H4 (COO) 22-等無機(jī)和有機(jī)離子以及絡(luò)合離子，當(dāng)層間無機(jī)陰離子不同，水滑石的層間距不同，同時(shí)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(jià)金屬離子和三價(jià)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(jī)水滑石并用于有機(jī)廢水處理的不足， 提供一種利用酸洗廢水合成水滑石的方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是依次包括如下步驟O收集酸洗廢水，投入廢鐵或銹鐵以消耗酸，過濾去除其中的固體顆粒，分析其中Fe2+ 和Fe3+離子的濃度，通過加入其他三價(jià)金屬鹽和二價(jià)金屬鹽調(diào)節(jié)使得二價(jià)離子的摩爾濃度是三價(jià)離子的摩爾濃度的2 4倍；2)滴加50% 70%的KOH溶液，持續(xù)20(T300rpm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；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(shí)在30(T400 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，在7(T90°C下烘干即可。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是利用酸洗廢水中的金屬離子，制備具有廣泛應(yīng)用范圍的水滑石， 實(shí)現(xiàn)廢物利用，并能去除酸洗廢水中的重金屬離子和酸，合成得到的水滑石雖然從純度上來講可能不能滿足高層次的(比如醫(yī)藥化工方面)的需要，但作為有水滑石結(jié)構(gòu)的材料來講可以作為吸附材料，繼續(xù)用于環(huán)境治理，達(dá)到以廢治廢。
具體實(shí)施方式
將酸洗廢水收集，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。過濾去除酸洗廢水固體顆粒，分析其中Fe2+和Fe3+離子的濃度，本發(fā)明需二價(jià)離子的摩爾濃度是三價(jià)離子的摩爾濃度的2 4 倍，如果不在次濃度范圍，可以通過加入其他三價(jià)金屬鹽(如比較便宜的Al3+、Fe3+)和二價(jià)金屬鹽(如比較便宜的Mg2+、Fe2+)來調(diào)節(jié)。然后向酸洗廢水中快速滴加50°/Γ70%的KOH溶液，持續(xù)20(T300 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，固液質(zhì)量比為1:Γ1 :8， 向該懸濁液中繼續(xù)滴加50°/Γ70%的KOH溶液，直至pH值至1(Γ13為止，滴加時(shí)在30(Γ400 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7(T90°C下烘干，即制備成水滑石。
以下進(jìn)一步提供本發(fā)明的3個(gè)實(shí)施例實(shí)施例I將酸洗廢水收集，盡量多的投入一些銹鐵，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(jià)金屬鹽AlCl3，確保二價(jià)離子的摩爾濃度是三價(jià)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I :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(shí)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90°C下烘干，即制備成水滑石。
將該水滑石粉末加入水中，粉末和水的重量比為I :2，制成懸濁液；再加入質(zhì)量為水滑石質(zhì)量1/20的十二烷基苯磺酸鈉，攪拌I小時(shí)，沉淀，烘干，研磨，制成有機(jī)水滑石，將該有機(jī)水滑石用于處理含15mg/L的對硝基苯的有機(jī)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(jì)測定上清液濃度，污染物去除率為96. 8%。
實(shí)施例2將酸洗廢水收集，測其PH值，pH為3. 8，投入一些廢鐵，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(jià)金屬鹽MgCl2來調(diào)節(jié)，確保二價(jià)離子的摩爾濃度是三價(jià)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I :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(shí)在300 rpm下快速攪拌，滴加完成后懸濁液在室溫下老化24 h，分離沉淀物，在70°C下烘干，即制備成水滑石。
將該水滑石粉末加入水中，粉末和水的重量比為I :2，制成懸濁液；再加入質(zhì)量為水滑石質(zhì)量1/20的十二烷基苯磺酸鈉，攪拌I小時(shí)，沉淀，烘干，研磨，制成有機(jī)水滑石，將該有機(jī)水滑石用于處理含15 mg/L的對硝基苯的有機(jī)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(jì)測定上清液濃度，污染物去除率為97. 5%。
實(shí)施例3將酸洗廢水收集，測其PH值，pH為2. 8，投入一些廢鐵，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(jià)金屬鹽FeCl2來調(diào)節(jié)，確保二價(jià)離子的摩爾濃度是三價(jià)離子的摩爾濃度的4倍；向酸洗廢水中快速滴加60%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I :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(shí)在400 rpm下快速攪拌，滴加完成后懸濁液在室溫下老化36 h，分離沉淀物，在80°C下烘干，即制備成水滑石。
將該水滑石粉末加入含20 mg/L酸性大紅的染料廢水中，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(jì)測定上清液濃度，污染物去除率為98. 1%。
權(quán)利要求
1. 一種利用工業(yè)酸洗廢水合成水滑石的方法，其特征是依次包括如下步驟 1)收集酸洗廢水，投入廢鐵或銹鐵以消耗酸，過濾去除其中的固體顆粒，分析其中Fe2+和Fe3+離子的濃度，通過加入其他三價(jià)金屬鹽和二價(jià)金屬鹽調(diào)節(jié)使得二價(jià)離子的摩爾濃度是三價(jià)離子的摩爾濃度的2 4倍； 2)滴加50% 70%的KOH溶液，持續(xù)200 300rpm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； 3)將分離后的沉淀物制成懸濁液，固液質(zhì)量比為I:4 1 :8，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，滴加時(shí)在300 400 rpm下攪拌，滴加完成后懸濁液在室溫下老化24 48 h，分離沉淀物，在7(T90°C下烘干即可。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用工業(yè)酸洗廢水合成水滑石的方法，通過加入其他三價(jià)金屬鹽和二價(jià)金屬鹽調(diào)節(jié)使得二價(jià)離子的摩爾濃度是三價(jià)離子的摩爾濃度的2~4倍；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，在70~90℃下烘干即可；利用酸洗廢水中的金屬離子，制備具有廣泛應(yīng)用范圍的水滑石，實(shí)現(xiàn)廢物利用，并能去除酸洗廢水中的重金屬離子和酸，可以作為吸附材料，繼續(xù)用于環(huán)境治理。
文檔編號C02F103/16GK102974304SQ20121049432
公開日2013年3月20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)