一種以纖維為造孔劑的粉煤灰基吸附材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以纖維為造孔劑的粉煤灰基吸附材料的制備。
【背景技術(shù)】
[0002]粉煤灰是燃煤電廠排出的固體廢棄物，是磨細煤粉在鍋爐中高溫燃燒時未完全燃燒，被除塵器收集到的粉狀物質(zhì)。據(jù)統(tǒng)計，2011年我國粉煤灰排放量已近5億噸，約占全國工業(yè)固體廢棄物的70%。我國粉煤灰資源開發(fā)與利用與歐美等發(fā)達國家相比還存在很大差距，發(fā)達國家對粉煤灰的利用率已經(jīng)高達90%，而我國目前只能達到45%左右。大量的粉煤灰廢棄物隨意堆積，不僅會占用農(nóng)田耕地，而且因雨水沖刷作用，粉煤灰的灰漿會污染江河湖泊，阻塞河道甚至污染到地下水，嚴重破壞生態(tài)環(huán)境。
[0003]粉煤灰中含有大量的Si02、A1203、Fe203、MgO、CaO和未燃燒碳粒，由于形成過程中經(jīng)過高溫、熔融、冷卻等一系列物理化學過程，其結(jié)構(gòu)多孔，比表面積大，具有較強的物理和化學吸附能力，是一種良好的吸附材料。同時，在一定條件下，還可以和廢水中的有害物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生絮凝沉淀，進而去除廢水中的有害物質(zhì)。由于粉煤灰獨特的物理化學特性及低廉的價格，已作為吸附劑廣泛應(yīng)用于污水的處理中。
[0004]造紙污泥是制漿造紙廢水處理的副產(chǎn)物，每生產(chǎn)It紙，就產(chǎn)生含水量80 %的污泥約1200kg，污泥產(chǎn)量是同等規(guī)模市政污水處理廠的5?10倍，而且成分復雜，含水量高，處理難度大，處理費用約占造紙廢水處理總費用的50%以上。造紙污泥的主要成分有蛋白質(zhì)，脂肪，尿素，纖維，氧化鈣，氧化鎂、氧化鋁和氮、磷、鉀等，其中存在約50%的紙纖維，包含纖維素、木質(zhì)素纖維素和半纖維素等。造紙污泥的大量堆積，不僅是資源的嚴重浪費，同時也會對環(huán)境造成巨大的污染，因而采用合適的方法提取造紙污泥中的纖維，實現(xiàn)造紙污泥的資源化利用，將成為解決造紙污泥堆積污染的有效方法之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種以造紙污泥中的纖維為造孔劑的粉煤灰基吸附材料的制備方法，以進一步提高粉煤灰的資源化，擴大其在水處理中的應(yīng)用，同時克服已有吸附材料的技術(shù)不足。
[0006]本發(fā)明涉及一種以纖維為造孔劑的粉煤灰基吸附材料的制備方法，包括如下的步驟:
[0007]1)分散造紙污泥，制備細小纖維；
[0008]2)將纖維懸浮液離心，除去多余水分；
[0009]3)濕式混料:按粉煤灰和膨潤土質(zhì)量比2: 1稱取適量材料，倒入離心濃縮后的纖維懸浮液中，混合均勻；
[0010]4)將該混合物置于烘箱中80°C烘干至原材料初始重量；
[0011]5)將烘干后的材料研磨至直徑為0.5mm的粉末，并攪拌使之混合均勻；
[0012]6)向粉末狀混合材料中加入適量蒸餾水后，采用顆粒成型機將材料成型；
[0013]7)將成型后的材料置于室溫自然干燥24h，隨后分別置于70°C和105°C的烘箱中各12h，使材料中的水分緩慢揮發(fā)；
[0014]8)燒結(jié):將脫水后的材料置于燒結(jié)爐中，以0.2°C /min的速度升溫至630 °C，自然降溫，即得此種吸附材料。
[0015]上述步驟1)中，采用造紙污泥制取細小纖維的步驟為:首先，將造紙污泥置于70 V的烘箱中烘干24h，稱取0.2g造紙污泥放入直徑10cm的研缽中，然后向研缽中加入5mL蒸饋水，研磨5min后，將其全部移入100mL燒杯中，加入蒸饋水至100mL刻線，最后將盛有造紙污泥懸浮液的燒杯放在超聲波細胞粉碎機的隔音箱中，設(shè)定超聲波細胞粉碎機功率為400W，超聲時間為15min ；
[0016]上述步驟2)中，將纖維懸浮液放入離心機中，轉(zhuǎn)速為12000r/min，離心時間為20min ；
[0017]上述步驟3)中，粉煤灰、膨潤土與纖維添加量的質(zhì)量比為200: 100: 3 ；
[0018]上述步驟6)中，粉末狀混合材料與添加蒸餾水的質(zhì)量體積比為10: 1;
[0019]本發(fā)明以粉煤灰為骨料、膨潤土為粘結(jié)劑、造紙纖維為造孔劑，使用顆粒機擠壓成型后干燥，并用氣氛燒結(jié)爐燒結(jié)制得具有一定機械強度、低成本、高吸附性能的一種以纖維為造孔劑的粉煤灰基吸附材料。不僅實現(xiàn)廢棄物的資源化，而且價格低廉，具有一定的機械強度，孔徑分布范圍廣，比表面積大，對染料廢水中的亞甲基藍和龍膽紫染料具有明顯的吸附去除效果，且易于再生、重復使用，因而應(yīng)用非常廣泛。
【附圖說明】
[0020]圖1為造紙污泥制備細小纖維的倒置熒光顯微鏡照片(X40倍)；
[0021]圖2為纖維懸浮液離心后照片；
[0022]圖3為混合材料經(jīng)烘干研磨混勻后照片；
[0023]圖4為此種吸附材料成型后照片；
[0024]圖5為此種吸附材料干燥后照片；
[0025]圖6為此種吸附材料燒結(jié)后照片；
[0026]圖7為新制吸附材料與活性炭對亞甲基藍的吸附量隨時間的變化；
[0027]圖8為新制吸附材料與活性炭對龍膽紫的吸附量隨時間的變化。
【具體實施方式】
[0028]本發(fā)明選用以纖維為造孔劑制備粉煤灰基吸附材料，充分利用了粉煤灰具有較大的比表面積，較強的物理和化學吸附能力，是一種很好的吸附材料，同時可以實現(xiàn)廢棄物的資源化。廢棄物粉煤灰通過采用造紙纖維作為造孔劑，膨潤土為粘結(jié)劑，制備出的新型吸附材料，具有較強的機械強度，較低的成本和較好的吸附能力。此新制吸附材料的比表面積為19.54m2/g，平均孔徑為90.10nm，對亞甲基藍和龍膽紫具有較強的吸附能力。
[0029]以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0030]實施例1
[0031]—種以纖維為造孔劑的粉煤灰基吸附材料的制備方法，步驟如下:
[0032]1)分散造紙污泥，制備細小纖維，如圖1所示；
[0033]2)將纖維懸浮液離心，除去多余水分，如圖2所示；
[0034]3)濕式混料:按粉煤灰和膨潤土質(zhì)量比2: 1稱取適量材料，倒入離心濃縮后的纖維懸浮液中，混合均勻；
[0035]4)將該混合物置于烘箱中80 °C烘干至原材料初始重量；
[0036]5)將烘干后的材料研磨至直徑為0.5mm的粉末，并攪拌使之混合均勻，如圖3所示;
[0037]6)向粉末狀混合材料中加入適量蒸餾水后，采用顆粒成型機將材料成型，如圖4所示；
[0038]7)將成型后的材料置于室溫自然干燥24h，隨后分別置于70°C和105°C的烘箱中各12h，使材料中的水分緩慢揮發(fā)，如圖5所示；
[0039]8)燒結(jié):將脫水后的材料置于燒結(jié)爐中，以0.2°C /min的速度升溫至630 °C，自然降溫，即得此種吸附材料，如圖6所示。
[0040]上述步驟1)中，采用造紙污泥制取細小纖維的步驟為:
[0041]首先，將造紙污泥置于70°C的烘箱中烘干24h，稱取0.2g造紙污泥放入直徑10cm的研缽中，然后向研缽中加入5mL蒸餾水，研磨5min后，將其全部移入100mL燒杯中，加入蒸饋水至100mL刻線，最后將盛有造紙污泥懸浮液的燒杯放在超聲波細胞粉碎機的隔音箱中，設(shè)定超聲波細胞粉碎機功率為400W，超聲時間為15min ;
[0042]上述步驟2)中，將纖維懸浮液放入離心機中，轉(zhuǎn)速為12000r/min，離心時間為20min ；
[0043]上述步驟3)中，粉煤灰、膨潤土與纖維添加量的質(zhì)量比為200: 100: 3 ；
[0044]上述步驟6)中，粉末狀混合材料與添加蒸餾水的質(zhì)量體積比為10: 1。
[0045]實施例2
[0046]稱取0.5g此種吸附材料和0.5g活性炭，分別放入盛有100mL濃度為2000mg/L的亞甲基藍溶液的錐形瓶中，用NaOH或HC1調(diào)節(jié)溶液pH值為7，置于恒溫震蕩器中，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為 120r/min，溫度為 50°C，在設(shè)定的時間 lh、3h、6h、18h、22h、28h、42h、48h、72h、96h、120h、144h和168h時取樣過濾，使用紫外-可見分光光度計測定濾液的吸光度，計算其吸附量。得活性炭對亞甲基藍吸附飽和時的吸附量達256.01mg/g，此種新制吸附材料對亞甲基藍吸附達平衡時的吸附量達200.20mg/g。
[0047]實施例3
[0048]稱取0.2g此種吸附材料和0.2g活性炭，分別放入盛有100mL濃度為1000mg/L的龍膽紫溶液的錐形瓶中，用NaOH或HC1調(diào)節(jié)溶液pH值為7，置于恒溫震蕩器中，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為 120r/min，溫度為 50°C，在設(shè)定的時間 lh、3h、6h、18h、22h、28h、42h、48h、72h、96h、120h、144h和168h取樣過濾，使用紫外-可見分光光度計測定濾液的吸光度，計算其吸附量。得活性炭對龍膽紫吸附平衡時的吸附量為230.61mg/g，此種新制吸附材料對龍膽紫吸附平衡時的吸附量為474.27mg/g。
[0049]實施例2和實施例3中，比較新制備的吸附材料與活性炭對染料廢水中的亞甲基藍和龍膽紫的吸附效果，如圖7和圖8所示。由圖可知，新制備的吸附材料對亞甲基藍吸附達平衡時的吸附量達200.20mg/g，接近于活性炭的吸附水平，而對龍膽紫吸附平衡時的吸附量為474.27mg/g，遠遠高于活性炭的吸附能力。
[0050]可見，本發(fā)明制備的以纖維為造孔劑的粉煤灰基吸附材料，因其價格低廉，且對染料廢水中亞甲基藍和龍膽紫溶液具有明顯的凈化效果，因而是一種有效的水質(zhì)凈化材料。
【主權(quán)項】
1.一種以纖維為造孔劑的粉煤灰基吸附材料，其特征在于，所述吸附材料的原料是由粉煤灰、膨潤土和造紙纖維組成。2.如權(quán)利要求1所述的一種以纖維為造孔劑的粉煤灰基吸附材料，其特征在于，原料粉煤灰、膨潤土和造紙纖維的質(zhì)量比為200: 100: 3。3.—種以纖維為造孔劑的粉煤灰基吸附材料，其特征在于，以粉煤灰為骨料、膨潤土為粘結(jié)劑、造紙纖維為造孔劑，混合均勻后，使用造粒機擠壓成型后干燥，并用氣氛燒結(jié)爐高溫燒結(jié)而成。4.如權(quán)利要求3所述的一種以纖維為造孔劑的粉煤灰基吸附材料，其特征在于，經(jīng)機械成型為球狀、棒狀或顆粒狀，在室溫下自然干燥后，再經(jīng)烘箱干燥脫水，然后放于氣氛燒結(jié)爐中燒結(jié)獲得。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種以纖維為造孔劑的粉煤灰基吸附材料，是以粉煤灰為骨料、膨潤土為粘結(jié)劑、造紙纖維為造孔劑，使用顆粒機擠壓成型后干燥，經(jīng)氣氛燒結(jié)爐燒結(jié)而成。具有一定的機械強度，孔徑分布范圍廣，比表面積大，作為吸附材料在水處理中應(yīng)用廣泛。本發(fā)明制得的一種以纖維為造孔劑的粉煤灰基吸附材料，充分實現(xiàn)了廢棄物的資源化，且成本低，吸附范圍廣，使用方法簡單易行，易于再生、重復使用，因而應(yīng)用非常廣泛。
【IPC分類】B01J20/10, C02F1/28, B01J20/30
【公開號】CN105251438
【申請?zhí)枴緾N201510456751
【發(fā)明人】彭昌盛, 王勇梅, 李丹丹, 張滕, 楊可, 袁合濤
【申請人】王勇梅
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年7月27日