一種吸附-生長(zhǎng)水相重金屬吸附材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境及材料領(lǐng)域，具體涉及一種吸附-生長(zhǎng)水相重金屬吸附材料及其 制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，環(huán)境問(wèn)題受到愈來(lái)愈多的關(guān)注，工業(yè)、社會(huì)活動(dòng)產(chǎn)生的重金屬水污染問(wèn)題急 切需要解決。鋁廠污泥是鋁型材表面處理過(guò)程中產(chǎn)生的，其主要成分為Y-A100H以及少 量Fe 3CVCa0、K20和Na2O等雜質(zhì)，這類污泥的數(shù)量十分龐大，一個(gè)大型鋁型材企業(yè)，一年產(chǎn) 生的濕污泥可多達(dá)10000多噸，大量堆積的污泥既影響了鋁型材廠的正常生產(chǎn)，也造成了 二次污染。牡蠣殼具有特殊的物理構(gòu)造，通常認(rèn)為由角質(zhì)層、棱柱層和珍珠層組成，主體部 分為棱柱層，具有豐富天然的多級(jí)孔狀結(jié)構(gòu)，本身即具備一定的吸附能力能力。硅微粉是硅 鐵電爐冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的超細(xì)粉塵，經(jīng)袋式除塵器回收得來(lái)，主要成分為無(wú)定形SiO 2，粒徑 超細(xì)，含量>92%，在IKKTC下仍保持非晶狀態(tài)，具有活性高，比表面積大，理化性能優(yōu)良等 特點(diǎn)，是一種無(wú)需經(jīng)過(guò)粉碎加工、廉價(jià)的超微粉體。
[0003] 以鋁廠污泥為基礎(chǔ)原料，摻雜牡蠣殼、硅微粉和石墨粉末，經(jīng)過(guò)燒結(jié)之后，由于造 孔劑石墨的作用，可生成不易破損的多孔吸附材料，而CaCO 3燒結(jié)之后產(chǎn)生CaO,其和磷酸根 離子經(jīng)過(guò)水熱反應(yīng)后，可生成一種具有多級(jí)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高活性物質(zhì)-羥基磷酸鈣，這種物 質(zhì)對(duì)其重金屬具有很強(qiáng)的親和力，具有持久高效的吸附能力。這種吸附材料在保持其豐富 多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的同時(shí)又為吸附劑提供了良好的強(qiáng)度，具有很高的吸附活性，可以通過(guò)離子交 換和溶解-沉淀作用引導(dǎo)重金屬離子沿其表面結(jié)合沉積，生成的沉淀物進(jìn)入羥基磷灰石的 網(wǎng)絡(luò)骨架，不但不會(huì)封閉原有的吸附孔隙，而且還會(huì)提供新的吸附質(zhì)點(diǎn)作為活性位點(diǎn)，近一 步提高了吸附劑對(duì)重金屬離子的吸附量，形成了吸附-生長(zhǎng)-吸附的良性循環(huán)。經(jīng)過(guò)我的 研究證明，在與含重金屬離子的廢水接觸吸附后，這種吸附-生長(zhǎng)水相重金屬吸附材料，對(duì) 初始濃度為10 mg/L的含銅廢水和5mg/L的含鉛廢水，在吸附時(shí)間為24h，實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度為 25°C時(shí)，吸附劑對(duì)Cu2+的吸附率高達(dá)99. 3%，對(duì)Pb2+的吸附率達(dá)到了 99. 6%，是一種性能優(yōu)良 的商效吸附劑。
[0004] 目前，已經(jīng)有一些關(guān)于鋁制吸附劑的研究，但由于其實(shí)驗(yàn)室制備的成本較高，對(duì)原 料的純度要求嚴(yán)格，而且工藝復(fù)雜，還無(wú)法做到大規(guī)模的推廣生產(chǎn)。
[0005] 經(jīng)檢索，國(guó)內(nèi)外尚未有以鋁廠污泥、牡蠣殼粉、硅微粉和石墨粉末為原料，制備吸 附-生長(zhǎng)水相重金屬吸附材料的方法。該項(xiàng)目屬于國(guó)內(nèi)外首家研究發(fā)明的技術(shù)。本發(fā)明所 涉及的主要原材料鋁廠污泥、硅微粉和牡蠣殼在我國(guó)儲(chǔ)量豐富，所使用的制備方法簡(jiǎn)單且 易于操作，能夠回收利用鋁廠污泥和牡蠣殼的廢棄物，在生產(chǎn)出有效的重金屬吸附劑的同 時(shí)，很好的實(shí)現(xiàn)廢物利用，在一定程度是為解決鋁廠污泥二次污染、牡蠣殼廢棄物污染的問(wèn) 題提供了新的途徑，經(jīng)濟(jì)效益顯和環(huán)境效益著，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種吸附-生長(zhǎng)水相重金屬吸附材料及其制備方法和應(yīng) 用，制得的吸附-生長(zhǎng)水相重金屬吸附材料能夠有效的吸附污水中的重金屬離子，起到了 環(huán)境保護(hù)的作用，同時(shí)能夠有效地解決鋁廠污泥二次污染、牡蠣殼廢棄物污染的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn) 了廢物利用。其制備方法簡(jiǎn)單，成本低廉，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，能夠被很好地 投入規(guī)?；a(chǎn)。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種吸附-生長(zhǎng)水相重金屬吸附材料的主要原料為鋁廠污泥、硅微粉、牡蠣殼和石墨 粉。
[0008] 主要原料的重量百分?jǐn)?shù)為：鋁廠污泥30~35%、硅微粉23~28%、牡蠣殼35~45%、石墨 粉2%，各原料的重量百分?jǐn)?shù)之和為100%。所述的鋁廠污泥的主要化學(xué)成分Al2O3的含量為 50~65 wt%，硅微粉的主要化學(xué)成分5丨02的含量為80~92 wt%，牡蠣殼的主要化學(xué)成分CaCO3 的含量為92~97 wt%。
[0009] 制備方法：將預(yù)處理好的鋁廠污泥、牡蠣殼粉、硅微粉和石墨粉進(jìn)行球磨混合，待 混合均勻后，經(jīng)造粒、陳腐后進(jìn)行成型，燒結(jié)后與磷酸溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，烘干后，即得到吸 附-生長(zhǎng)水相重金屬吸附材料。具體步驟如下： (1) 分別將鋁廠污泥和球磨過(guò)篩后的牡蠣殼粉進(jìn)行預(yù)燒，煅燒溫度900°C，保溫時(shí)間1 h，升溫速度5°C /min ; (2) 將預(yù)處理好的鋁廠污泥、硅微粉和牡蠣殼粉混合均勻，加入石墨粉進(jìn)行干法球磨混 合，混勻后過(guò)50目篩；加入去離子水進(jìn)行造粒，對(duì)粒料進(jìn)行陳腐處理24h ; (3) 稱取2 g陳腐后的粒料，在2 MPa壓力下模壓成型后燒結(jié)，煅燒溫度1000°C，保溫 時(shí)間2 h，升溫速度5°C /min ; (4) 將燒結(jié)后的物料與磷酸溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，壓力5 MPa，溫度300°C，時(shí)間8 h ;烘 干，即得到吸附-生長(zhǎng)水相重金屬吸附材料。
[0010] 所述的材料用于處理含重金屬離子的廢水，實(shí)現(xiàn)吸附-生長(zhǎng)-吸附的良性循環(huán)。 [0011] 本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于： (1)原料與技術(shù)創(chuàng)新：利用鋁廠污泥、硅微粉、牡蠣殼和石墨粉為主要原料，以石墨粉末 為造孔劑，經(jīng)過(guò)成型、燒結(jié)、水熱處理后，制備出了吸附-生長(zhǎng)水相重金屬吸附材料，在實(shí)現(xiàn) 廢物再利用的同時(shí)，明顯提高吸附材料強(qiáng)度，做到了吸附-生長(zhǎng)的緊密結(jié)合，有效的提高了 吸附劑對(duì)污水中的重金屬離子的吸附量。
[0012] (2)經(jīng)檢索，國(guó)內(nèi)外尚未有利用鋁廠污泥、硅微粉、牡蠣殼和石墨粉制備的吸 附-生長(zhǎng)水相重金屬吸附材料的報(bào)導(dǎo)，該項(xiàng)目屬于國(guó)內(nèi)外首家研究發(fā)明的技術(shù)。
[0013] (3)充分利用原材料的特性，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。鋁廠污泥粒子超細(xì)、表面積大，活性 高，有利于固相反應(yīng)。牡蠣殼具有豐富天然的多級(jí)孔狀結(jié)構(gòu)，本身即具備吸附能力、交換能 力和催化分解能力的基礎(chǔ)。硅微粉中具有無(wú)定形的SiO 2，具有活性高，顆粒細(xì)小，比表面積 大，理化性能優(yōu)良等特點(diǎn)，是一種無(wú)需經(jīng)過(guò)粉碎加工、廉價(jià)的超微粉體。
[0014] (4)低生產(chǎn)成本：主要原材料為鋁