專利名稱：一種復(fù)合型離子吸附材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，尤其涉及用于水處理的吸附材料。
背景技術(shù)：
目前，水處理方法主要有生化處理技術(shù)和物化處理技術(shù)。在物化處理技術(shù)中，吸附法占了舉足輕重的低位。它是利用多孔性的固體物質(zhì)，使水中的一種或多種物質(zhì)被吸附在固體表面而除去的方法。因其具有高效、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便、選擇性好的優(yōu)點(diǎn)，特別是處理傳統(tǒng)方法不能處理的低濃度重金屬廢水具有獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。有關(guān)吸附法應(yīng)用于廢水處理及凈水處理的研究報(bào)道較多。迄今為止，使用較多的吸附材料主要有活性炭、離子交換樹脂、天然礦物吸附劑、固體廢棄物吸附劑、無機(jī)物吸附劑等?；钚蕴课絼┪叫Ч己茫阅軆?yōu)良，但由于活性炭再生困難，成本較高，使其應(yīng)用具有較大局限性；離子交換樹脂對(duì)無機(jī)離子的去除能力優(yōu)良，具再生能力且裝置簡(jiǎn)單，但其交換容量有一定的限制，樹脂會(huì)有有機(jī)物溶出，表面會(huì)有微生物繁殖，樹脂的崩解碎片會(huì)造成水中顆粒的增加等；天然礦物吸附材料資源豐富，儲(chǔ)藏量大，成本低，高效快速，但單純使用未經(jīng)處理的天然物質(zhì)作為吸附劑，吸附效果受到一定的限制；固體廢棄物吸附劑有爐渣、煤渣、粉煤灰、植物秸桿焚燒后的粉末等，他們成本低廉，且比表面積巨大，在污水處理方面有重要應(yīng)用，但是不易再生，這就造成了二次污染問題；無機(jī)物吸附劑處理效果較好，而且容易與化學(xué)法進(jìn)行組合使用，但是需要較高的堿性條件，實(shí)際應(yīng)用過程中處理成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述吸附材料所存在的問題，提出一種價(jià)格低廉、制備簡(jiǎn)單、去除率高、易再生的復(fù)合型離子吸附材料，并提出該吸附材料的制備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種復(fù)合型離子吸附材料，其特征在于，它是以改性沸石細(xì)粉80-85份、改性麥飯石細(xì)粉10-20份、硅藻土細(xì)粉10-20份為基料，以6份活性碳粉為造孔劑，經(jīng)燒制而成的直徑2-12mm的球狀顆粒，球狀顆粒的孔容為0.645-0.650cm3/g。上述沸石和麥飯石的改性方法如下:將沸石和麥飯石兩種細(xì)粉分別用
0.8-1.0mol/L的NaCl溶液進(jìn)行水浴改性，水浴時(shí)要求NaCl溶液用量為每Ig上述細(xì)粉需用25mL的NaCl溶液，水浴溫度70_75°C，水浴時(shí)間2.5小時(shí)；然后分別用清水沖洗過濾，沖洗過濾后分別在110°C條件下干燥2小時(shí)；分別獲得改性沸石細(xì)粉、改性麥飯石細(xì)粉。上述的改性沸石細(xì)粉由天然沸石加工而成；天然沸石是一種含水的堿金屬或堿土金屬的鋁硅酸鹽礦物，英文名稱zeolite，化學(xué)組成為AmXp02p.ηΗ20，式中A代表K、Na、Ca、Sr、Ba, X代表S1、Al，具特征籠狀晶體結(jié)構(gòu)，分為方沸石、斜發(fā)沸石、絲光沸石等。上述的改性麥飯石細(xì)粉由天然麥飯石加工而成；麥飯石，英文名稱:maifanstone,別名:長(zhǎng)壽石、健康石、 煉山石、馬牙砂、豆渣石，是一種天然的半風(fēng)化的花崗質(zhì)巖石，主要由鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、黑云母、角閃石組成，主要化學(xué)成分是無機(jī)的硅鋁酸鹽，其中包括S1203、Fe203、FeO、MgO,CaO,k20、Na20、Ti02、p205、MnO 等。上述的硅藻土細(xì)粉由天然加工而成；硅藻土是由硅藻沉積并經(jīng)億萬年的礦化后形成硅藻礦物，其主要成分為蛋白石。本發(fā)明復(fù)合型離子吸附材料的制備方法如下第一步，將天然沸石、麥飯石和硅藻土分別加工成細(xì)粉，要求細(xì)粉細(xì)度180-200目；第二步，將上述沸石和麥飯石兩種細(xì)粉分別用O. 8-1. Omol/L的NaCl溶液進(jìn)行水浴改性，水浴時(shí)要求NaCl溶液用量為每Ig上述細(xì)粉需用25mL的NaCl溶液，水浴溫度70-75°C，水浴時(shí)間2. 5小時(shí)；然后分別用清水沖洗過濾，沖洗過濾后分別在110°C條件下干燥2小時(shí)；獲得改性沸石細(xì)粉、改性麥飯石細(xì)粉，備用；第三步，取改性沸石細(xì)粉80-85份、改性麥飯石細(xì)粉10-20份、硅藻土細(xì)粉10_20份、造孔劑6份、混合均勻，加入一定量的水調(diào)和成泥狀物，備用；為了便于拋丸，還可另加入粘合劑2份，上述的粘合劑優(yōu)選可溶性淀粉。第四步，將上述泥狀物拋丸，即用圓盤造球機(jī)制成直徑為2_12_的圓球，然后自然風(fēng)干或90-110°C下烘干2h ;要求干燥過程中避免風(fēng)塵顆粒污染，自然風(fēng)干時(shí)避免強(qiáng)陽光直射，溫度在20_25°C，濕度50%左右，以保證圓球的完整性；篩選為不同直徑的品種。第五步，將干燥篩選后的圓球入爐燒制，入爐時(shí)要先使?fàn)t內(nèi)預(yù)熱溫度為100°C，避免溫度過高脹裂，進(jìn)爐速度1. 2米/小時(shí)，經(jīng)過5個(gè)小時(shí)的預(yù)熱后，升溫至500-700°C，燒制2h ;優(yōu)選燒制溫度550°C ；第六步，出爐，自然降溫，按要求的產(chǎn)品直徑大小進(jìn)行篩分，形成產(chǎn)品。上述分?jǐn)?shù)均值重量份。本發(fā)明的積極效果是1、沸石是一種架狀結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽天然礦物材料，內(nèi)部有很多孔徑、均勻的管狀孔道和內(nèi)表面積很大的孔穴，因而具有獨(dú)特的吸附、篩分、交換陰陽離子以及催化性能、耐酸性和熱穩(wěn)定性等；在水處理中能夠有效地去除水中的氨氮、有機(jī)污染物、重金屬離子、氟、磷和含氧酸陰離子，并且在使用和處理過程中不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，儲(chǔ)量豐富，分布廣泛，且價(jià)格很低，每噸生料僅數(shù)百元，為活性炭市價(jià)的20%。但是天然沸石的吸附效果不是很好，例如不能去除水中氟離子，必須經(jīng)過活化。本發(fā)明經(jīng)過對(duì)沸石的鹽改性，增大了離子交換空間，使其離子交換能力增強(qiáng)，處理效果也會(huì)更佳。2、由于麥飯石以硅酸鹽為主，具有很好的吸附性；另一方面由于麥飯石多含高嶺石等黏土礦物，是多孔性海綿狀特殊結(jié)構(gòu)，具有多孔性，一克麥飯石的表面積達(dá)到幾百平方米，是同量活性碳的20000倍，有強(qiáng)烈的靜電引力，在水中對(duì)重金屬離子和致害毒素有很強(qiáng)的吸附力，吸附率是同等表面積活性炭的20000倍?？汕宄械墓?、鉛、鎘、砷、氟等重金屬及氯化物、氰化物、殘余農(nóng)藥、三甲烷等有害物質(zhì)。對(duì)重金屬、大腸桿菌的吸附率達(dá)96%以上。對(duì)水中余氯吸附率99%。還能吸附白葡萄球菌、結(jié)腸桿菌、細(xì)菌及各種病菌。麥飯石含有人體所必需的鉀、鈉、鈣、鎂、磷常量元素和鋅、鐵、硒、銅、鍶、碘、氟、偏硅酸等十八種微量元素，是一種對(duì)生物無毒、無害并具有一定生物活性的復(fù)合礦物或藥用巖石。
3、由于硅藻土質(zhì)地輕柔、多孔，具有分子篩結(jié)構(gòu)，是一種納米級(jí)的多孔材料(微孔直徑約O. 1-0. 2微米)，孔隙率高達(dá)90%，規(guī)則、整齊地排列成圓形和針形，其單位面積上的微細(xì)孔數(shù)量比木炭還要多出數(shù)千倍，所以具有極強(qiáng)的物理吸附性能和離子交換性能。4、本發(fā)明將沸石活化后加入麥飯石和硅藻土制作出新型復(fù)合離子材料，共同發(fā)揮吸附作用。經(jīng)過鹽改性的沸石和麥飯石增大了離子交換空間和內(nèi)表面積，使制得的復(fù)合吸附材料進(jìn)一步增強(qiáng)了吸附能力，取得更好的吸附效果。此外，加入一定量活性炭，作為成孔劑，使該材料的內(nèi)部孔徑更均勻，增大內(nèi)表面積。5、本發(fā)明復(fù)合型離子吸附材料所用原材料沸石、麥飯石資源豐富，價(jià)格低廉，降低了生產(chǎn)成本，因此大大提高了市場(chǎng)使用度。在使用過程中可多次重復(fù)使用，可以節(jié)約生產(chǎn)成本，對(duì)環(huán)境無二次污染。6、該復(fù)合材料制備方法簡(jiǎn)單，條件易于控制，僅通過研磨成粉后，按比例混合，然后成球干燥后，進(jìn)行焙燒既可制得，可進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。本發(fā)明吸附材料可以作為食品、化工、環(huán)保行業(yè)的過濾體。


圖1是本發(fā)明放大1000倍的吸附材料表面電鏡掃描圖片；圖2是本發(fā)明放大3000倍的吸附材料表面電鏡圖片；圖3是本發(fā)明放大1000倍的吸附材料球斷面電鏡掃描圖片；圖4是本發(fā)明放大3000倍的吸附材料球斷面電鏡掃描圖片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和幾個(gè)實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。實(shí)施例1一種復(fù)合型離子吸附材料的制備方法，包括以下步驟第一步，將天然沸石、麥飯石和硅藻土分別加工成180目細(xì)粉；第二步，將上述沸石和麥飯石兩種細(xì)粉分別用O. 8mol/L的70°C NaCl溶液進(jìn)行水浴改性，水浴時(shí)間2. 5小時(shí)，水浴時(shí)要求NaCl溶液用量為每Ig上述細(xì)粉需用25mL的NaCl溶液；然后分別用清水沖洗過濾，沖洗過濾后分別在110°C條件下干燥2小時(shí)；獲得改性沸石細(xì)粉、改性麥飯石細(xì)粉，備用；第三步，取改性沸石細(xì)粉80份、改性麥飯石細(xì)粉15、硅藻土細(xì)粉10份、200目活性炭粉6份、可溶性淀粉2份，混合均勻，加入一定量的水調(diào)和成泥狀物，備用；第四步，將上述泥狀物拋丸，即用圓盤造球機(jī)制成直徑為2_12mm的圓球,然后自然風(fēng)干或90-110°C下烘干2h ;要求干燥過程中避免風(fēng)塵顆粒污染，自然風(fēng)干時(shí)避免強(qiáng)陽光直射，溫度在20-25°C，濕度50%，以保證圓球的完整性；第五步，將干燥篩選后的圓球入爐燒制，入爐時(shí)要先爐內(nèi)預(yù)熱溫度為100°C，避免溫度過高脹裂，進(jìn)爐速度1. 2米/小時(shí)，經(jīng)過5個(gè)小時(shí)的預(yù)熱后，升溫至700-750°C，燒制2h ；第六步，出爐，自然降溫，按每要求的產(chǎn)品直徑大小進(jìn)行篩分，篩分成每2mm—個(gè)級(jí)別，包裝形成產(chǎn)品。實(shí)施例2一種復(fù)合型離子吸附材料的制備方法，包括以下步驟第一步，將天然沸石、麥飯石和硅藻土分別加工成190目細(xì)粉；第二步，將上述沸石和麥飯石兩種細(xì)粉分別用O. 9mol/L的70°C NaCl溶液進(jìn)行水浴改性，水浴時(shí)間2. 5小時(shí)，水浴時(shí)要求NaCl溶液用量為每Ig上述細(xì)粉需用25mL的上述溶液；然后分別用清水沖洗過濾，沖洗過濾后分別在110°C條件下干燥2小時(shí)；獲得改性沸石細(xì)粉、改性麥飯石細(xì)粉，備用；第三步，取改性沸石細(xì)粉80份、改性麥飯石細(xì)粉10、硅藻土細(xì)粉15份、200目活性炭粉6份、可溶性淀粉2份，混合均勻，加入一定量的水調(diào)和成泥狀物，備用；第四步，將上述泥狀物拋丸，即用圓盤造球機(jī)制成直徑為2_12_的圓球，然后自然風(fēng)干或90-110°C下烘干2h ;要求干燥過程中避免風(fēng)塵顆粒污染，自然風(fēng)干時(shí)避免強(qiáng)陽光直射，溫度在20_25°C，濕度50%，以保證圓球的完整性；第五步，將干燥篩選后的圓球入爐燒制，入爐時(shí)要先爐內(nèi)預(yù)熱溫度為100°C，避免溫度過高脹裂，進(jìn)爐速度1. 2米/小時(shí)，經(jīng)過5個(gè)小時(shí)的預(yù)熱后，升溫至700-750°C，燒制2h ；第六步，出爐，自然降溫，按每要求的產(chǎn)品直徑大小進(jìn)行篩分，篩分成每2mm—個(gè)級(jí)別，包裝形成產(chǎn)品。實(shí)施例3一種復(fù)合型離子吸附材料的制備方法，包括以下步驟第一步，將天然沸石、麥飯石和硅藻土分別加工成200目細(xì)粉；第二步，將上述沸石和麥飯石兩種細(xì)粉分別用1. Omol/L的75°C NaCl溶液進(jìn)行水浴改性，水浴時(shí)間2. 5小時(shí)，水浴時(shí)要求NaCl溶液用量為每Ig上述細(xì)粉需用25mL的上述溶液；然后分別用清水沖洗過濾，沖洗過濾后分別在110°C條件下干燥2小時(shí)；獲得改性沸石細(xì)粉、改性麥飯石細(xì)粉，備用；第三步，取改性沸石細(xì)粉85份、改性麥飯石細(xì)粉10、硅藻土細(xì)粉10份、200目活性炭粉6份、可溶性淀粉2份，混合均勻，加入一定量的水調(diào)和成泥狀物，備用；第四步，將上述泥狀物拋丸，即用圓盤造球機(jī)制成直徑為2-12_的圓球，然后自然風(fēng)干或90-110°C下烘干2h ;要求干燥過程中避免風(fēng)塵顆粒污染，自然風(fēng)干時(shí)避免強(qiáng)陽光直射，溫度在20-25°C，濕度50%，以保證圓球的完整性；第五步，將干燥篩選后的圓球入爐燒制，入爐時(shí)要先爐內(nèi)預(yù)熱溫度為100°C，避免溫度過高脹裂，進(jìn)爐速度1. 2米/小時(shí)，經(jīng)過5個(gè)小時(shí)的預(yù)熱后，升溫至700-750°C，燒制2h ；第六步，出爐，自然降溫，按每要求的產(chǎn)品直徑大小進(jìn)行篩分，篩分成每2mm—個(gè)級(jí)別，包裝形成產(chǎn)品。實(shí)施例4一種復(fù)合型離子吸附材料的制備方法，包括以下步驟第一步，將天然沸石、麥飯石和硅藻土分別加工成200目細(xì)粉；第二步，將上述沸石和麥飯石兩種細(xì)粉分別用1. Omol/L的75°C NaCl溶液進(jìn)行水浴改性，水浴時(shí)間2. 5小時(shí)，水浴時(shí)要求NaCl溶液用量為每Ig上述細(xì)粉需用25mL的上述溶液；然后分別用清水沖洗過濾，沖洗過濾后分別在110°C條件下干燥2小時(shí)；獲得改性沸石細(xì)粉、改性麥飯石細(xì)粉，備用；第三步，取改性沸石細(xì)粉85份、改性麥飯石細(xì)粉15、硅藻土細(xì)粉10份、200目活性炭粉6份、可溶性淀粉2份，混合均勻，加入一定量的水調(diào)和成泥狀物，備用；第四步，將上述泥狀物拋丸，即用圓盤造球機(jī)制成直徑為2_12mm的圓球,然后自然風(fēng)干或90-110°C下烘干2h ;要求干燥過程中避免風(fēng)塵顆粒污染，自然風(fēng)干時(shí)避免強(qiáng)陽光直射，溫度在20-25°C，濕度50%，以保證圓球的完整性；第五步，將干燥篩選后的圓球入爐燒制，入爐時(shí)要先爐內(nèi)預(yù)熱溫度為100°C，避免溫度過高脹裂，進(jìn)爐速度1. 2米/小時(shí)，經(jīng)過5個(gè)小時(shí)的預(yù)熱后，升溫至700-750°C，燒制2h ；第六步，出爐，自然降溫，按每要求的產(chǎn)品直徑大小進(jìn)行篩分，篩分成每2mm—個(gè)級(jí)別，包裝形成產(chǎn)品。圖1-4是本發(fā)明的電鏡掃描圖片，由圖1和圖2的表面電鏡圖可知，本發(fā)明復(fù)合吸附材料表面粗糙，孔道較大，使得水中的微粒易于進(jìn)入。由圖3和圖4的球斷面電鏡圖可知，復(fù)合吸附材料的內(nèi)部微孔多，孔隙率大，微孔結(jié)構(gòu)非常明顯，孔道分布均勻廣泛，形狀規(guī)則；有利于進(jìn)行吸附和離子交換作用。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合型離子吸附材料，其特征在于，它是以改性沸石細(xì)粉80-85份、改性麥飯石細(xì)粉10-20份、硅藻土細(xì)粉10-20份為基料，以6份活性碳粉為造孔劑，經(jīng)燒制而成的直徑2-12mm的球狀顆粒，球狀顆粒的孔容為0.645-0.650cm3/g ； 上述沸石和麥飯石的改性方法如下:將沸石和麥飯石兩種細(xì)粉分別用0.8-1.0mol/L的NaCl溶液進(jìn)行水浴改性，水浴時(shí)要求NaCl溶液用量為每Ig上述細(xì)粉需用25mL的NaCl溶液，水浴溫度70-75°C，水浴時(shí)間2.5小時(shí)；然后分別用清水沖洗過濾，沖洗過濾后分別在110°C條件下干燥2小時(shí)；分別獲得改性沸石細(xì)粉和改性麥飯石細(xì)粉； 上述分?jǐn)?shù)均值重量份。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合型離子吸附材料，其特征在于，它還包括2重量份的粘合劑。
3.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合型離子吸附材料，其特征在于，所述的粘合劑為可溶性淀粉。
4.一種制備如權(quán)利要求1所述的復(fù)合型離子吸附材料的方法，其特征在于，步驟如下: 第一步，將天然沸石、麥飯石和硅藻土分別加工成細(xì)粉，要求細(xì)粉細(xì)度180-200目； 第二步，將上述沸石和麥飯石兩種細(xì)粉分別用0.8-1.0mol/L的NaCl溶液進(jìn)行水浴改性，水浴時(shí)要求NaCl溶液用量為每Ig上述細(xì)粉需用25mL的NaCl溶液，水浴溫度70_75°C，水浴時(shí)間2.5小時(shí)；然后分別用清水沖洗過濾，沖洗過濾后分別在110°C條件下干燥2小時(shí)；獲得改性沸石細(xì)粉、改性麥飯石細(xì)粉，備用； 第三步，取改性沸石細(xì)粉80-85份、改性麥飯石細(xì)粉10-20份、硅藻土細(xì)粉10-20份、造孔劑6份、混合均勻，加入一定量的水調(diào)和成泥狀物，備用； 第四步，將上述泥狀物拋丸，即用圓盤造球機(jī)制成直徑為2-12mm的圓球，然后自然風(fēng)干或90-110°C下烘干2h;要求干燥過程中避免風(fēng)塵顆粒污染，自然風(fēng)干時(shí)避免強(qiáng)陽光直射，溫度在20-25°C，濕度50%，以保證圓球的完整性；篩選為不同直徑的品種； 第五步，將干燥篩選后的圓球入爐燒制，入爐時(shí)要先使?fàn)t內(nèi)預(yù)熱溫度為100°C，避免溫度過高脹裂，進(jìn)爐速度1.2米/小時(shí)，經(jīng)過5個(gè)小時(shí)的預(yù)熱后，升溫至500-700°C，燒制2h ；第六步，出爐，自然降溫，按要求的產(chǎn)品直徑大小進(jìn)行篩分，形成產(chǎn)品； 上述分?jǐn)?shù)均值重量份。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在第五步中，升溫至550°C，燒制2h。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在第三步中，另加入2重量份的可溶性淀粉。
7.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合型離子吸附材料在食品、化工、環(huán)保行業(yè)的過濾體的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)合型離子吸附材料，它是以用0.8—1.0mol/L的NaCl溶液進(jìn)行水浴改性后的沸石細(xì)粉80—85份和麥飯石細(xì)粉10—20份，以及硅藻土細(xì)粉10—20份為基料，以6份活性碳粉為造孔劑，經(jīng)燒制而成的直徑2-12mm的球狀顆粒，球狀顆粒的孔容為0.645—0.650cm3/g。本發(fā)明將沸石活化后加入麥飯石和硅藻土制作出新型復(fù)合離子材料，共同發(fā)揮吸附作用。經(jīng)過鹽改性的沸石和麥飯石增大了離子交換空間和內(nèi)表面積，使制得的復(fù)合吸附材料進(jìn)一步增強(qiáng)了吸附能力，取得更好的吸附效果。
文檔編號(hào)B01J20/18GK103071453SQ201310032709
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者孫魯芹, 王力, 王彩奇, 丁鴻昌, 宋景新 申請(qǐng)人:青島力創(chuàng)星碟環(huán)境工程有限公司