一種從水中濾除鉻的陶粒濾料及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于濾除水中鉻離子的陶粒濾料及其制備方法。該材料是以工業(yè)污泥和粘土為主料，配以活性炭或木屑、氫氧化鈣或碳酸鈣、銅和鋅的硝酸鹽或硫酸鹽等輔料，通過(guò)混和、攪拌、造粒等過(guò)程，最終在缺氧或還原氣氛中燒結(jié)而成。本發(fā)明的陶粒濾料兼具物理吸附和氧化-還原特性，孔隙豐富，比表面積大，能有效去除水中鉻離子，且成本低廉，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水處理領(lǐng)域。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種從水中濾除鉻的陶粒濾料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于從水中濾除重金屬鉻的陶粒濾料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]改革開(kāi)放三十多年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，但環(huán)境污染日益嚴(yán)重，其中水源污染尤為突出，嚴(yán)重威脅到居民飲用水安全。飲用水中可能存在的雜質(zhì)和污染物主要包括一些懸浮物、膠體物質(zhì)和溶解性物質(zhì)，其中以細(xì)菌、病毒、余氯以及砷、鉛、鎘、鉻等重金屬離子對(duì)人體健康的危害最大。重金屬是生物體必須的微量元素，但同時(shí)具有強(qiáng)毒性，當(dāng)濃度較高的，會(huì)對(duì)環(huán)境及人體產(chǎn)生巨大危害。因此，如何有效去除水中的重金屬元素，已經(jīng)成為水處理領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)課題。
[0003]中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN 1044978C公布了一種重金屬?gòu)?fù)合過(guò)濾和固定的方法。該方法是利用一種由硅質(zhì)微粒以及多價(jià)金屬離子存在的混和物組成的過(guò)濾介質(zhì)來(lái)濾除液體中的金屬沉淀物并儲(chǔ)留它們。該法在實(shí)踐中對(duì)過(guò)濾液體PH值范圍有特殊的要求，且主要針對(duì)工業(yè)廢水，并不適合飲用水過(guò)濾。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN 101659464A公布了一種由聚六亞甲基胍、纖維素、硫代乙醇酸、乙酸酐、醋酸、硅陶土等聚合而成的飲用水消毒除重金屬的過(guò)濾裝置。但并未公布應(yīng)用實(shí)例，未知其濾除效果如何。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN 1544352A, CN 1544343A、CN1544342A分別公布了一種以高分子材料為填充劑、納米濾料為過(guò)濾體。制成層狀圓形、卷曲筒狀和片狀的凈水材料，用于去除水中的重金屬、有機(jī)物、病毒和細(xì)菌等，這種凈水材料功能多，凈水效果比較好，但由于大量使用高分子材料作為填充劑，在水中長(zhǎng)期使用穩(wěn)定性下差，會(huì)影響其凈水效果。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN 1821108A公布了一種由多孔氧化硅、活性白土、多孔氧化鋁、分子篩、活性炭、硅藻土中的一種或多種結(jié)合銀、銅、鋅、稀土中的兩種或兩種以上的金屬制成的多元金屬簇凈水材料，吸附能力強(qiáng)，凈水能力全面，是一種優(yōu)良的凈水材料，其不足之處在于成本較高，且粒徑大小，孔徑大小無(wú)法自由調(diào)節(jié)，應(yīng)用范圍較小。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN 101844004A公`開(kāi)了一種用于去除水中六價(jià)鉻的過(guò)濾介質(zhì)的制備方法，去除率可達(dá)95%-99%。此外，膜過(guò)濾技術(shù)也廣泛應(yīng)用于水中重金屬鉻的去除。以上兩種技術(shù)所用原材料或介質(zhì)價(jià)格均比較昂貴，成本較高，并不適合與推廣應(yīng)用。
[0004]針對(duì)以上各種凈水材料的不足，本發(fā)明公布了一種用于從水中濾除重金屬鉻的陶粒濾料及其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種用于從水中濾除重金屬鉻的陶粒濾料及其制備方法。
[0006]發(fā)明概述:
本發(fā)明所公開(kāi)的陶粒濾料，是采用污水處理廠的剩余污泥和粘土為主料，以鈣源、碳源、銅源及鋅源材料等為輔料，在缺氧或還原氣氛下燒制而成的一種多孔陶粒材料。材料兼具物理吸附和氧化-還原特性，能有效去除水中重金屬鉻離子。
[0007]發(fā)明詳述:本發(fā)明所述的從水中濾除鉻的陶粒濾料，是由以下原料燒制而成，各成分的用量如下(均為重量份):
污泥和粘土 70-80份，碳酸鈣或氫氧化鈣10-20份，木屑或活性炭10-20份，銅鹽和鋅鹽各5-10份。以上所述污泥是污水處理廠的剩余污泥，粘土為高嶺土、膨潤(rùn)土或活性白土，銅鹽和鋅鹽可為硝酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽。
[0008]原料中的粘土為高嶺土、膨潤(rùn)土或活性白土中的至少一種。
[0009]原料中污泥和粘土的重量份比介于1:1-2:1之間。
[0010]原料中的銅鹽和鋅鹽為硝酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽。
[0011]本發(fā)明所述的從水中濾除鉻的陶粒濾料的制備方法，包括以下步驟:
(1)按上述配方將原材料充分混和、攪拌，調(diào)制成泥漿，使用造粒機(jī)將泥漿制成所需形狀的泥粒，晾干成坯；
(2)將步驟(1)制得的泥坯置于高溫?zé)Y(jié)爐中，在缺氧或還原氣氛下燒制，升溫速率不超過(guò)每小時(shí)100°C，在爐溫達(dá)到550-600°C時(shí)，保溫1.5-2小時(shí)，接著以每小時(shí)100°C的升溫速率繼續(xù)升溫，直到800-1100°C，保溫2.5-4小時(shí)，停止加熱，以每小時(shí)150-200°C的速率將爐溫降至室溫，得到多孔狀陶粒濾料。
[0012]本發(fā)明所述陶粒濾料，可有效濾除水中的重金屬鉻離子，技術(shù)特點(diǎn)如下:
(I)本發(fā)明的陶粒濾料是一種多孔材料，在陶瓷燒制過(guò)程中，由于有機(jī)物的分解，在顆粒內(nèi)部及表面產(chǎn)生大量的微孔，孔隙率可達(dá)80%，比表面積大，有很強(qiáng)的物理吸附固定能力。
[0013](2)本發(fā)明的陶粒濾料在無(wú)氧條件下燒結(jié)，`使污泥中的有機(jī)物碳化。一方面增加了材料的孔隙率，另一方面使材料具有類(lèi)似于活性炭的過(guò)濾功能。
[0014](3)本發(fā)明的陶粒濾料的配料中含有銅、鋅元素，經(jīng)過(guò)高溫?zé)o氧或還原氣氛燒結(jié)后，陶粒表面形成納米級(jí)的銅、鋅包覆層。從而形成納米級(jí)的微觀原電池，具有電化學(xué)氧化-還原特性，可與水中具有毒性的六價(jià)鉻離子發(fā)生氧化-還原反應(yīng)，將鉻六價(jià)離子還原為三價(jià)，變?yōu)闊o(wú)毒性離子。
[0015](4)本發(fā)明的陶粒濾料的孔隙率、孔徑大小、外形尺寸可根據(jù)需要自由調(diào)節(jié)，適用于各種不同的環(huán)境。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果在于:
本發(fā)明的陶粒濾料是一種無(wú)機(jī)材料，耐腐蝕、耐高溫、耐輻射的特點(diǎn)使其比現(xiàn)在大量應(yīng)用的膜分離技術(shù)具有更寬的適用范圍。本發(fā)明的陶粒濾料可根據(jù)需求制成各種尺寸的顆粒，便于進(jìn)行填充床操作，且無(wú)毒無(wú)害、對(duì)環(huán)境友好。本發(fā)明的陶粒濾料是一種具有物理吸附和氧化-還原特性的復(fù)合功能材料，較之單一功能的過(guò)濾技術(shù)具有更好的濾除效果。本發(fā)明的陶粒濾料在合成中大量了使用廢水污泥，是一種廢物再利用，實(shí)現(xiàn)了以廢治廢，同時(shí)材料中的另一主料粘土及其它輔料的成本也極低，非常適合于大規(guī)模應(yīng)用。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是實(shí)施例1中步驟(2)中所得直徑為6mm的陶粒濾料的外觀照片。
[0018]圖2是實(shí)施例1中步驟(2)中所得直徑為6mm的陶粒濾料表面的掃描電鏡(SEM)圖片。具體實(shí)施方案
[0019]具體實(shí)施方案是本發(fā)明優(yōu)選方案，本發(fā)明并不限于此。
[0020]實(shí)施例1
按以下配比稱(chēng)取原料，各成分的用量均為重量份:
污泥40份，高嶺土 40份，碳酸鈣10份，木屑15份，硝酸銅5份，硝酸鋅5份。
[0021]制備步驟如下:
(1)按上述配方將原材料充分混和、攪拌，調(diào)制成泥漿，使用造粒機(jī)將泥漿制成直徑6_球形顆粒，晾干成坯；
(2)將步驟(1)制得的泥坯置于高溫?zé)Y(jié)爐中，在H2氣氛下燒制，以每小時(shí)80°C升溫到550°C時(shí)，保溫2小時(shí)，然后以每小時(shí)100°C的升溫速率繼續(xù)升溫，直到800°C，保溫3小時(shí)，停止加熱，以每小時(shí)150°C的速率將爐溫降至室溫，得到多孔狀陶粒濾料。
[0022]實(shí)施例2
按以下配比稱(chēng)取原料，各成分的用量均為重量份:
污泥40份，高嶺土 30份 ，碳酸鈣20份，活性炭10份，硝酸銅5份，硝酸鋅5份。
[0023]制備步驟如下:
(1)按上述配方將原材料充分混和、攪拌，調(diào)制成泥漿，使用造粒機(jī)將泥漿制成直徑4_球形顆粒，晾干成坯；
(2)將步驟(1)制得的泥坯置于高溫?zé)Y(jié)爐中，在H2氣氛下燒制，以每小時(shí)80°C升溫到600°C時(shí)，保溫2小時(shí)，然后以每小時(shí)100°C的升溫速率繼續(xù)升溫，直到1000°C，保溫2.5小時(shí)，停止加熱，以每小時(shí)200°C的速率將爐溫降至室溫，得到多孔狀陶粒濾料。
[0024]實(shí)施例3
按以下配比稱(chēng)取原料，各成分的用量均為重量份:
污泥30份，膨潤(rùn)土 40份，碳酸鈣10份，木屑15份，硝酸銅8份，硝酸鋅8份。
[0025]制備步驟如下:
(1)按上述配方將原材料充分混和、攪拌，調(diào)制成泥漿，使用造粒機(jī)將泥漿制成直徑2_球形顆粒，晾干成坯；
(2)將步驟(1)制得的泥坯置于高溫?zé)Y(jié)爐中，在N2氣氛下燒制，以每小時(shí)80°C升溫到600°C時(shí)，保溫1.5小時(shí)，然后以每小時(shí)100°C的升溫速率繼續(xù)升溫，直到1100°C，保溫2.5小時(shí)，停止加熱，以每小時(shí)200°C的速率將爐溫降至室溫，得到多孔狀陶粒濾料。
[0026]實(shí)施例4
按以下配比稱(chēng)取原料，各成分的用量均為重量份:
污泥30份，活性白土 40份，氫氧化鈣10份，木屑20份，硫酸銅10份，硫酸鋅10份。
[0027]制備步驟如下:
(1)按上述配方將原材料充分混和、攪拌，調(diào)制成泥漿，使用造粒機(jī)將泥漿制成直徑2_球形顆粒，晾干成坯；
(2)將步驟(1)制得的泥坯置于高溫?zé)Y(jié)爐中，在N2氣氛下燒制，以每小時(shí)80°C升溫到600°C時(shí)，保溫1.5小時(shí)，然后以每小時(shí)100°C的升溫速率繼續(xù)升溫，直到800°C，保溫4小時(shí)，停止加熱，以每小時(shí)200°C的速率將爐溫降至室溫，得到多孔狀陶粒濾料。
[0028]實(shí)施例5按以下配比稱(chēng)取原料，各成分的用量均為重量份:
污泥50份，膨潤(rùn)土 25份，氫氧化鈣15份，活性炭20份，醋酸銅5份，醋酸鋅8份。
[0029]制備步驟如下:
(1)按上述配方將原材料充分混和、攪拌，調(diào)制成泥漿，使用造粒機(jī)將泥漿制成直徑2_球形顆粒，晾干成坯；
(2)將步驟(1)制得的泥坯置于高溫?zé)Y(jié)爐中，在N2氣氛下燒制，以每小時(shí)80°C升溫到600°C時(shí)，保溫1.5小時(shí)，然后以每小時(shí)100°C的升溫速率繼續(xù)升溫，直到1020°C，保溫3小時(shí)，停止加熱，以每小時(shí)200°C的速率將爐溫降至室溫，得到多孔狀陶粒濾料。
[0030]實(shí)施例6
按以下配比稱(chēng)取原料，各成分的用量均為重量份:
污泥50份，活性白土 28份，氫氧化鈣20份，木屑18份，硫酸銅8份，硫酸鋅8份。
[0031]制備步驟如下:
(1)按上述配方將原材料充分混和、攪拌，調(diào)制成泥漿，使用造粒機(jī)將泥漿制成直徑2_球形顆粒，晾干成坯；
(2)將步驟(1)制得的泥坯置于高溫?zé)Y(jié)爐中，在N2氣氛下燒制，以每小時(shí)80°C升溫到600°C時(shí)，保溫1.5小時(shí)，然后以每小時(shí)100°C的升溫速率繼續(xù)升溫，直到1100°C，保溫2.5小時(shí)，停止加熱，以每小時(shí)200°C的速率將爐溫降至室溫，得到多孔狀陶粒濾料。
`[0032]實(shí)施例7
用實(shí)施例3制備的陶粒濾料對(duì)水中的六價(jià)鉻離子進(jìn)行了靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)。
[0033]設(shè)備及樣品:2L燒杯，重鉻酸鉀2.8317g，去離子水I升，Cr6+標(biāo)液，Ig實(shí)施例3所述陶粒濾料，磁力攪拌器，電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)
實(shí)驗(yàn)過(guò)程:
將2.8317g重鉻酸鉀溶解在I升去離子水中，取出15ml作為原液，送檢。
[0034]將Ig實(shí)施例3所述陶粒濾料加入燒杯中，攪拌吸附24小時(shí)后，取15ml溶液作為濾液，送檢。
[0035]使用ICP-MS分析鉻原液及濾液中鉻六價(jià)離子濃度。
[0036]實(shí)驗(yàn)結(jié)果:原液鉻六價(jià)離子濃度為0.083%,濾液鉻六價(jià)離子濃度為0.0005%,計(jì)算得到實(shí)施例3制備的陶粒濾料對(duì)鉻六價(jià)離子的去除率為99.39%。(該結(jié)果由河南省疾控中心給出)。
【權(quán)利要求】
1.一種從水中濾除鉻的陶粒濾料，其特征是由以下原料燒制而成，各成分的用量均為重量份: 污泥和粘土 70-80份，碳酸鈣或氫氧化鈣10-20份，木屑或活性炭10-20份，銅鹽和鋅鹽各5_10份。
2.如權(quán)利要求書(shū)I所述的從水中濾除鉻的陶粒濾料，其特征在于原料中的粘土為高嶺土、膨潤(rùn)土或活性白土中的至少一種。
3.如權(quán)利要求書(shū)I所述的從水中濾除鉻的陶粒濾料，其特征在于原料中污泥和粘土的重量份比介于1:1-2:1之間。
4.如權(quán)利要求書(shū)I所述的從水中濾除鉻的陶粒濾料，其特征在于原料中的銅鹽和鋅鹽為硝酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽。
5.如權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的從水中濾除鉻的陶粒濾料的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)按上述配方將原材料充分混和、攪拌，調(diào)制成泥漿，使用造粒機(jī)將泥漿制成所需形狀的泥粒，晾干成坯； (2)將步驟(1)制得的泥坯置于高溫?zé)Y(jié)爐中，在缺氧或還原氣氛下燒制，升溫速率不超過(guò)每小時(shí)100°C，在爐溫達(dá)到550-600°C時(shí)，保溫1.5-2小時(shí)，接著以每小時(shí)100°C的升溫速率繼續(xù)升溫，直到800-1100°C，保溫2.5-4小時(shí)，停止加熱，以每小時(shí)150-200°C的速率將爐溫降至室溫，得到多孔狀陶粒 濾料。
6.如權(quán)利要求書(shū)5所述從水中濾除鉻的陶粒濾料的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述缺氧或還原氣氛可為真空、氮?dú)夥?、氬氣氛、氫氣氛?br> 【文檔編號(hào)】B01D39/20GK103496946SQ201310437630
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】蘇磊, 王永強(qiáng), 楊坤 申請(qǐng)人:蘇磊, 王永強(qiáng), 楊坤