一種用于廢水處理的赤泥復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種去除廢水中多種重金屬的赤泥復(fù) 合材料及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 重金屬廢水來源廣，水量大，持久性污染嚴(yán)重。廢水中重金屬能在水生生物體內(nèi)以 及植物體組織內(nèi)富集，通過飲用水和食物鏈的生物積累等作用，最終對(duì)人體健康造成嚴(yán)重 危害。以湘江流域?yàn)槔群蟀l(fā)生了株洲鎘污染事件、岳陽新墻河砷污染事件、瀏陽鎘污染 事件。
[0003] 隨著我國(guó)氧化鋁工業(yè)的高速發(fā)展，產(chǎn)生了大量的赤泥。赤泥堆存，占用大量土地， 赤泥的高堿性使土地堿化。赤泥堆場(chǎng)潰壩泄漏事故發(fā)生時(shí)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失同時(shí)對(duì)人們 群眾的生命造成威脅。赤泥中污染物滲漏污染土壤和地表水以及地下水。但赤泥中含有大 量鋁、鐵、硅等活性金屬氧化物組分，是制備重金屬吸附劑很好的原料，可以實(shí)現(xiàn)以廢治污 的途徑。
[0004] 赤泥在修復(fù)重金屬污染的土壤方面有廣泛應(yīng)用。CN101724404公開了一種以赤泥 為主體的重金屬污染土壤的改良劑和植物與化學(xué)聯(lián)合修復(fù)方法，其原理在于赤泥能夠鈍化 土壤中的重金屬。CN102941221公開了一種阻礙植物吸收重金屬的方法，其中赤泥的作用是 改變土壤的pH值從而影響重金屬在土壤中的賦存形態(tài)，降低土壤中重金屬有效態(tài)的含量。 CN102107208公開了一種修復(fù)礦區(qū)重金屬污染土壤的方法，其中赤泥的添加能夠與土壤中 的鉛鋅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并降低其生物有效性。CN102234167公開了一種污水處理廠污泥中磷 和重金屬的固穩(wěn)方法，赤泥焙燒活化后能調(diào)節(jié)污泥的PH值，生成穩(wěn)定的磷并降低了污泥中 鉛、鋅、鎘可交換態(tài)含量。CN102172106公開了一種利用顆粒化復(fù)合赤泥修復(fù)重金屬污染土 壤的方法，利用部分水化過程改性赤泥材料對(duì)土壤中重金屬進(jìn)行化學(xué)改良修飾，結(jié)合其他 土壤改良劑使用，能降低生物有效態(tài)重金屬含量。
[0005] 與赤泥相關(guān)并涉及重金屬廢水處理的專利有如下幾個(gè)：CN102603027公開了一種 利用改性赤泥處理含錳廢水的方法。它是利用過氧碳酸鈉對(duì)赤泥改性，以此改性赤泥作為 吸附劑處理含錳廢水，可實(shí)現(xiàn)含錳廢水的達(dá)標(biāo)排放。CN101176840公開了一種鐵改性赤泥作 為砷吸附劑的應(yīng)用方法。以氧化鋁工業(yè)廢物赤泥為原料，采用鐵鹽改性赤泥作為水質(zhì)除砷 吸附劑。但改性赤泥與水中砷質(zhì)量比很大，在應(yīng)用中有局限性。CN101205088公開了一種 海水沖洗赤泥作為除砷吸附劑的應(yīng)用方法，海水沖洗赤泥對(duì)砷（V)具有很好的吸附效果。 CN103566959公開了一種熱處理赤泥催化劑的制備及其在水處理技術(shù)中的應(yīng)用，熱處理可 實(shí)現(xiàn)赤泥成分的優(yōu)化重組，熱活化赤泥能強(qiáng)化臭氧對(duì)水中硝基苯的去處。CN102674511公開 了一種用于印染廢水處理的復(fù)合絮凝劑的制備方法，赤泥經(jīng)酸溶解后富含鋁、鐵等多種脫 色有效成分，赤泥是這種高效價(jià)廉絮凝劑的主要組分。CN101898128公開了一種鋁改性赤 泥除氟吸附劑的制備和應(yīng)用方法。采用酸性鋁鹽和堿液對(duì)赤泥進(jìn)行改性處理，再經(jīng)焙燒，研 磨，篩分可制得除氟吸附劑。從有關(guān)資料檢索來看，目前尚未見到赤泥或改性赤泥可用于多 種重金屬廢水處理的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] (一）要解決的技術(shù)問題
[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就是如何降低去除廢水中多種重金屬的成本，獲得一種 高效低成本的去除廢水中多種重金屬的材料，同時(shí)提供上述材料的制備方法與應(yīng)用。
[0008] (二）技術(shù)方案
[0009] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種去除廢水中多種重金屬的赤泥復(fù)合材 料的制備方法，該方法包括以下步驟：
[0010] 步驟一：赤泥的預(yù)處理：將脫水后的赤泥破碎、研磨，然后過100-300目篩，得到赤 泥粉末；
[0011] 步驟二：赤泥的熱活化處理：將步驟一得到的赤泥粉末焙燒，焙燒溫度600~ 800 °C，焙燒時(shí)間30~120分鐘；
[0012] 步驟三：制備納米級(jí)鐵基材料：在鐵鹽水溶液中加入pH值調(diào)節(jié)劑控制溶液pH值 為3-5,并向鐵鹽水溶液中加入高分子分散劑，加入量為l-10g/L，在室溫充分?jǐn)嚢柘?，將還 原劑硼氫化鈉水溶液加入到鐵鹽水溶液中，鐵鹽與硼氫化鈉的摩爾比為1:2-5,充分反應(yīng) 后，分別用蒸餾水，丙酮洗滌，用磁選法選出，得到納米級(jí)鐵基材料；
[0013] 步驟四：制備赤泥復(fù)合材料：將步驟二得到的焙燒赤泥粉末與步驟三得到的納米 級(jí)鐵基材料充分混合，即得。
[0014] 優(yōu)選地，在步驟一中，所述的赤泥（氧化鋁工業(yè)廢渣）為拜耳法赤泥、燒結(jié)法赤泥、 混聯(lián)法赤泥。此類赤泥的比表面積為15-25m2/g，平均孔徑為4納米。其中，控制脫水赤泥 的含水量不高于4%。
[0015] 優(yōu)選地，所述的鐵鹽選自氯化鐵、氯化亞鐵、硫酸亞鐵、硫酸鐵中的一種或一種以 上。
[0016] 優(yōu)選地，所述的pH值調(diào)節(jié)劑為硫酸；所述的高分子分散劑為聚吡咯烷酮。
[0017] 采用上述鐵鹽和還原劑，本發(fā)明可得到的納米級(jí)鐵基材料包括納米零價(jià)鐵、納米 級(jí)四氧化三鐵、納米級(jí)三氧化二鐵中的一種或一種以上。
[0018] 上述納米級(jí)鐵基材料的粒徑為5-40nm，其中，優(yōu)選以硫酸亞鐵為鐵鹽，硼氫化鈉 為還原劑，制備納米零價(jià)鐵基材料，可實(shí)現(xiàn)更理想的廢水處理效果。
[0019] 本發(fā)明所述的制備方法，所述納米級(jí)鐵基材料的制備是以還原劑對(duì)鐵鹽進(jìn)行還原 處理得到，其中還原條件可依據(jù)鐵鹽及還原劑的反應(yīng)原理而定，具體為本領(lǐng)域技術(shù)人員所 掌握，本發(fā)明對(duì)此不作特別限定。
[0020] 優(yōu)選地，在步驟四中，所述的焙燒赤泥粉末與納米級(jí)鐵基材料混合的質(zhì)量比為 1~10:1，優(yōu)選3:1。在該用量比下，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)廢水中多種重金屬的有效去除。
[0021] 優(yōu)選地，上述方法包括以下步驟：
[0022] 步驟一：赤泥的預(yù)處理：將脫水后的赤泥破碎、研磨，然后過200目篩，得到赤泥粉 末；
[0023] 步驟二：赤泥的熱活化處理：將步驟一得到的赤泥粉末焙燒，焙燒溫度750°C，焙 燒時(shí)間80分鐘；
[0024] 步驟三：制備納米級(jí)鐵基材料：在硫酸亞鐵水溶液中加入硫酸控制溶液pH值為4， 向硫酸亞鐵水溶液中加入l〇g/L高分子分散劑聚吡咯烷酮，在室溫充分?jǐn)嚢柘拢瑢⑴饸浠?鈉水溶液加入到硫酸亞鐵溶液中，硫酸亞鐵與硼氫化鈉的摩爾比為1:3,充分反應(yīng)后，分別 用蒸餾水，丙酮洗滌，用磁選法選出，得到納米級(jí)零價(jià)鐵材料；
[0025] 步驟四：制備赤泥復(fù)合材料：將步驟二得到的焙燒赤泥粉末與步驟三得到的納米 級(jí)鐵基材料充分混合，即得。
[0026] 本發(fā)明同時(shí)保護(hù)上述方法制備得到的赤泥復(fù)合材料，該赤泥復(fù)合材料可用于去除 廢水中的鉛、鎘、鉻、銅、鋅、銻重金屬，以及去除廢水中的砷、氟、磷元素，去除效果顯著。
[0027] 本發(fā)明還提供了上述赤泥復(fù)合材料在廢水處理中的應(yīng)用。
[0028] 優(yōu)選地，所述廢水處理中，控制水體的pH值范圍為6-9,處理時(shí)間為1-3小時(shí)。
[0029] 優(yōu)選地，所述廢水處理中，赤泥復(fù)合材料與所處理廢水的質(zhì)量比為1:30~100,優(yōu) 選1:30~80,更優(yōu)選1:50。
[0030] (三）有益效果
[0031] 本發(fā)明將氧化鋁工業(yè)廢渣赤泥進(jìn)行熱活化，再加入納米級(jí)鐵基材料，得到赤泥復(fù) 合材料，用其處理含多種重金屬廢水，去除效率高，并大大降低了吸附材料的生產(chǎn)和使用成 本，具有很高的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本 發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0033] 實(shí)施例1 :
[0034] 本實(shí)施例首先提供了一種赤泥復(fù)合材料，該赤泥復(fù)合材料的制備方法如下：
[0035] (1)赤泥的熱活化處理：將脫水赤泥的塊體材料破碎、研磨，經(jīng)100目過篩，將該材 料高溫焙燒，溫度控制在600°C，時(shí)間控制在120分鐘。（2)納米級(jí)鐵基材料的制備：在硫酸 亞鐵水溶液中加入硫酸控制溶液pH值為4,向硫酸亞鐵水溶液中加入10g/L高分子分散劑 聚吡咯烷酮，在室溫機(jī)械攪拌下，將硼氫化鈉水溶液加入到硫酸亞鐵溶液中，其中，硫酸亞 鐵與硼氫化鈉的摩爾比為1:3,充分反應(yīng)后，分別用蒸餾水，丙酮洗滌，用磁選法選出，得到 納米級(jí)零價(jià)鐵材料。（3)將熱活化處理后的赤泥粉體材料和納米級(jí)鐵基材料以質(zhì)量比1:1 充分混合即制得赤泥復(fù)合材料。
[0036] 本實(shí)施例同時(shí)提供了以上述赤泥復(fù)合材料進(jìn)行廢水處理的方法，具體的處理步驟 如下：
[0037] 取步驟（3)制得的赤泥復(fù)合材料和待處理含鉛廢水按質(zhì)量比為1:50混合，在室溫 下攪拌2小時(shí)，使其靜置沉淀，其上清液即為被處理過的含鉛廢水。
[0038] 其中，待處理含鉛廢水及被處理過的含鉛廢水的相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表1。
[0039] 實(shí)施例2 :
[0040] 本實(shí)施例首先提供了一種赤泥復(fù)合材料，該赤泥復(fù)合材料的制備方法如下：
[0041] (1)赤泥的熱活化處理：將脫水赤泥的塊體材料破碎、研磨，經(jīng)150目過篩，將該材 料高溫焙燒，溫度控制在650°C，時(shí)間控制在100分鐘。（2)納米級(jí)鐵基材料的制備：在硫酸 亞鐵水溶液中加入硫酸控制溶液pH值為3，向硫酸亞鐵水溶液中加入5g/L高分子分散劑聚 吡咯烷酮，在室溫機(jī)械攪拌下，將硼氫化鈉水溶液加入到硫酸亞鐵溶液中，其中，硫酸亞鐵 與硼氫化鈉的摩爾比為1:2,充分反應(yīng)后，分別用蒸餾水，丙酮洗滌，用磁選法選出，得到納 米級(jí)零價(jià)鐵材料；（3)將熱活化處理后的赤泥粉體材料和納米級(jí)鐵基材料以質(zhì)量比4:1充 分混合即制得赤泥復(fù)合材料。
[0042] 本實(shí)施例同時(shí)提供了以上述赤泥復(fù)合材料進(jìn)行廢水處理的方法，具體的處理步驟 如下：
[0043] 取步驟（3)