序批式活化凈水廠殘泥制備重金屬吸附劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種序批式活化凈水廠殘泥重金屬吸附劑的制備方法，屬于水處理【技術領域】。其特征在于將干化、破碎、研磨和混勻后的凈水廠殘泥，置于600°C的馬弗爐中熱處理。然后與HC1溶液在室溫下混合反應。最后，將混合物直接風干，并再次破碎、研磨和混勻，即得到高效的重金屬吸附劑。凈水廠殘泥在經過熱和酸處理后，其鐵鋁含量明顯增高，且對重金屬的吸附能力增強。該吸附劑的制備方法簡單、成本低廉、環(huán)境友好且吸附效果優(yōu)異，同時解決了凈水廠殘泥的出路問題，有利于實現“以廢治廢”的目標，符合循環(huán)經濟和可持續(xù)發(fā)展的理念。
【專利說明】序批式活化凈水廠殘泥制備重金屬吸附劑

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理【技術領域】，具體為一種序批式活化凈水廠殘泥制備重金屬吸附劑。

【背景技術】
[0002]我國淡水資源短缺，日益嚴重的水體污染問題又使這種短缺現象雪上加霜，其中水體重金屬污染就是最嚴重的問題之一。目前，常用的去除重金屬技術包括物理、化學和生物三種處理方法，其中，屬于物化方法的吸附法因具有不產生二次污染、可再生回收等優(yōu)點，而備受重視。因此，開發(fā)一種高效、穩(wěn)定的重金屬吸附劑具有重要的現實意義。
[0003]從已公開的專利來看，研究者常用于制備重金屬吸附劑的原料，主要包括化學藥物、天然材料以及廢棄物三類。以化學藥物為原料的重金屬吸附劑，如:申請(專利)號CN01127897.8公開了一種以硅膠和殼聚糖為主要原料的重金屬吸附劑；申請(專利)號CN201210491301.X公開了一種以硅膠和聚乙烯亞胺水溶液為原料的卷煙煙氣重金屬吸附劑；申請(專利)號CN200410072743.6公開了一種以聚丁二酰亞胺和有機交聯劑為主要原料、以水介質法制備的聚天門冬氨酸重金屬吸附樹脂；申請(專利)號CN201110276412.4公開了一種以鋇鹽、硫酸或硫酸鹽制備的酸性媒介黑T-硫酸鋇重金屬吸附劑；申請(專利)號CN201010291406.1公開了一種經環(huán)硫氯丙烷與對苯二胺開環(huán)和縮聚反應、懸浮聚合制得的微球型貴金屬吸附劑；申請(專利)號CN200480031426.8公開了一種利用可部分被脲化的纖維素II磷酸酯制備的金屬吸附材料；申請(專利)號CN201010242198.6公開了一種金屬離子納米吸附劑，即在納米分子篩介孔中分布有螯合劑EDTA ;申請(專利)號CN201210076705公開了一種吸附鈾螯合纖維吸附劑，是以超高分子量聚乙烯纖維以及含純丙烯腈單體或丙烯酸與丙烯腈的混合單體的溶液為原料；申請(專利)號CN201010161774.4公開了一種以高分子材料、金屬氧化物和造孔劑為原料的重金屬吸附齊U ;申請(專利)號CN201210356668.0公開了一種聚丙烯腈螯合樹脂金屬吸附劑。
[0004]以天然材料為原料的重金屬吸附劑，如:申請(專利)號CN200410099361.2公開了一種蒙脫土負載納米二氧化鈦的重金屬吸附劑；申請(專利)號CN200580015820.7公開了一種以含硅的硅藻殼形式的天然硅藻土為原料的汞吸附劑組合物；申請(專利)號CN201110133840.1公開了一種利用桉樹木材制備的桉樹遺態(tài)Fe203/Fe304復合重金屬吸附齊U ;申請(專利)號CN201110227759.X公開了一種經巰基修飾的以天然黏土海泡石為基體的重金屬吸附劑;串請(專利)號CN201110030817.X、申請(專利)號CN201110030830.5和申請(專利)號CN201110030839.6公開的重金屬吸附劑均利用了柿單寧這種天然產物；申請(專利)號CN201010227192公開了一種以重晶石礦物材料為主要原料的鉻吸附劑；申請(專利)號CN201210446693.8公開了一種利用毛竹材料的毛竹遺態(tài)Fe203/Fe304復合重金屬吸附劑；申請(專利)號CN201210485754.1公開了一種可水凝膠重金屬吸附劑，選用生物相容性好的天然高分子材料瓊脂、羧甲基纖維素鈉及其衍生物、合成高聚物聚乙烯吡咯烷酮、其他天然高分子材料等作為原料。
[0005]以廢棄物為原料的重金屬吸附劑，如:申請(專利)號CN200810034284.0公開了一種以植物纖維性廢棄物為主要原料的重金屬吸附劑；申請(專利)號CN201110168764.8和申請(專利)號CN201210228281.7公開的重金屬吸附劑均以甘蔗渣為主要原料；申請(專利)號CN201210284281公開了一種以木薯秸桿/木薯渣為原料制備的陽離子型離子交換劑；申請(專利)號CN201010574956.4公開了一種以蝦殼為主要原料的重金屬吸附劑；申請(專利)號CN200910218345.3公開了一種利用湖泊底泥炭化制備的重金屬吸附劑；申請(專利)號CN200810240948.9公開了一種利用沼渣制備的重金屬吸附齊U;申請(專利)號CN201010267517.9公開了一種以糠醛渣為原料的重金屬吸附劑；申請(專利)號CN200910096390.6公開了一種以柚皮為主要原料的金屬吸附劑；申請(專利)號CN201110204483.3公開了一種以具有氨基基團作為官能基團的藻類或藻類殘余物為原料的貴金屬吸附劑；申請(專利)號CN201110284628.5公開了一種多孔鈦酸鈣重金屬吸附劑，它是利用糠醛工業(yè)的固體廢棄物-糠醛渣為模板劑制備的；申請(專利)號CN201210134361.6公開了一種利用改性香菇培養(yǎng)基廢料制備的重金屬吸附劑。
[0006]由以上專利可以看出，以廢棄物為原料制備重金屬吸附劑越來越受到重視。凈水廠殘泥是給水處理過程中的安全副產物，主要由原水中雜質以及鐵鋁絮凝劑水解產生的氫氧化物聚合體組成，這些鐵鋁成分在凈水廠殘泥中主要以無定形態(tài)存在，具有較強的吸附能力。因此，凈水廠殘泥可作為制備重金屬吸附劑的原材料。


【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明提供了一種以凈水廠殘泥為原料制備高效、穩(wěn)定的重金屬吸附劑的方法。
[0008]本發(fā)明通過先熱處理去除凈水廠殘泥中大部分有機質和其他與重金屬存在競爭作用的雜質，然后，對凈水廠殘泥再進行酸活化，目的是將礦物晶體態(tài)鐵和鋁轉化為活性態(tài)，以提高凈水廠殘泥對重金屬的吸附能力，具體技術方案如下:
[0009]I)將凈水廠殘泥經干化、破碎、研磨和混勻；
[0010]2)將步驟I)中的殘泥置于600°C的馬弗爐中進行熱處理；
[0011]3)將熱處理后的凈水廠殘泥取出，冷卻至室溫，混勻；
[0012]4)取上述凈水廠殘泥，將其與一定濃度的HCl溶液混勻，凈水廠殘泥的重量(g)與HCl溶液的體積(mL)比為1:1，混合物在室溫下不斷地攪動2h;
[0013]5)將上述混合物直接風干；
[0014]6)將風干處理后的樣品破碎、研磨和混勻，得到凈水廠殘泥重金屬吸附劑。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果體現在:
[0016]I)本發(fā)明的原料凈水廠殘泥，屬于凈水廠的廢棄物，具有分布廣、易獲取、可利用等優(yōu)點；
[0017]2)本發(fā)明的工藝簡單、成本低、效率高；
[0018]3)本發(fā)明通過熱和酸連續(xù)處理的方式，優(yōu)化了凈水廠殘泥的特性，提高了其對重金屬的吸附能力；
[0019]4)本發(fā)明利用凈水廠殘泥制備重金屬吸附劑，有利于實現“以廢治廢”的目標，符合循環(huán)經濟的發(fā)展要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限制。在附圖中:
[0021]圖1為本發(fā)明實施例中600°C熱活化和2mol L—1的HCl溶液酸活化前后凈水廠殘泥的透射電鏡圖(a為活化前；b為活化后)；
[0022]圖2為本發(fā)明實施例中600°C熱活化和2mol L—1的HCl溶液酸活化前后凈水廠殘泥的鐵和鋁含量；
[0023]圖3為本發(fā)明實施例中600°C熱活化和2mol L—1的HCl溶液酸活化前后凈水廠殘泥的鉛吸附容量；
[0024]圖4為本發(fā)明實施例中600°C熱活化和2mol Γ1的HCl溶液酸活化前后凈水廠殘泥的鉻吸附容量；

【具體實施方式】
[0025]下面將參考附圖并結合實施例，來詳細說明本發(fā)明。
[0026]以北京市某凈水廠的殘泥為原料，該殘泥中鐵和鋁的含量分別為150和10mg.g'凈水廠殘泥經干化、破碎、研磨、混勻，置于馬弗爐中進行熱活化，溫度控制在600°C，加熱時間為4h。將熱活化后的凈水廠殘泥取出，置于干燥器中冷卻至室溫，混勻。然后，取上述凈水廠殘泥，將其與2mol Γ1的HCl溶液以1:1的固液比(g mL—1)混勻，在室溫下攪動2h。最后，將混合物直接在室溫條件下風干，并將風干后的樣品混勻，即得高性能的凈水廠殘泥重金屬吸附劑。
[0027]透射電鏡分析結果可以看出經熱和酸處理后，凈水廠殘泥的表面更加疏松且多孔(圖1)。與處理前相比，處理后的凈水廠殘泥中鐵鋁含量均有所增加(圖2)，鐵的含量增加至247mg.g4,招的含量增加至155mg.g'
[0028]除鉛效果的確定:稱取0.30g活化前后的凈水廠殘泥于50mL離心管中，分別加入30mL pH為7、含鉛(Pb (NO3)2)濃度為2070mg Γ1和NaNO3濃度為0.0lOmol Γ1的溶液。將含有混合溶液的離心管在25°C、120r.min—1下恒溫振蕩24h，之后取上清液過0.45um微孔濾膜測定鉛濃度。結果表明(圖3)，活化前凈水廠殘泥對鉛的吸附容量為89mg g_S而活化后凈水廠殘泥對鉛吸附能力顯著增強，吸附容量達到ISZmgg'
[0029]除鉻效果的確定:稱取0.30g活化前后的凈水廠殘泥于50mL離心管中，分別加入30mL pH為7、含鉻(Cr (NO3) 3)濃度為520mg Γ1和NaNO3濃度為0.0lOmol Γ1的溶液。將含有混合溶液的離心管在25°C、120r.mirT1下恒溫振蕩24h，之后取上清液過0.45un微孔濾膜測定鉻濃度。結果表明(圖4)，活化前凈水廠殘泥對鉻的吸附容量為28mg g_S而活化后凈水廠殘泥對鉻吸附能力顯著增強，吸附容量達到49mg g'可見，600°C熱活化和2molL—1的HCl酸活化連續(xù)作用可以有效改善凈水廠殘泥的重金屬吸附性能。
[0030]需要強調的是，上述實施例雖然對本發(fā)明作了比較詳細的說明，但是這些說明只是對本發(fā)明說明性的，而不是對發(fā)明的限制，任何不超出本發(fā)明實質精神內的發(fā)明創(chuàng)造，均落在本發(fā)明權利保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種序批式活化凈水廠殘泥制備重金屬吸附劑的方法，其技術原理如下:凈水廠殘泥經過連續(xù)的熱和酸處理后，其鐵和鋁含量升高，進而提高其對重金屬的吸附能力。
2.根據權利要求1所述的重金屬吸附劑的制備方法，其特征在于對凈水廠殘泥進行連續(xù)的熱和酸處理。
3.根據權利要求1所述的重金屬吸附劑的制備方法，其特征在于熱處理的溫度為600。。。
4.根據權利要求1所述的重金屬吸附劑的制備方法，其特征在于在酸處理過程中，酸的體積(mL)和凈水廠殘泥的重量(g)比在1:1。
5.根據權利要求1所述的重金屬吸附劑的制備方法，其特征在于酸處理的過程是在室溫條件下攪拌2h。
6.根據權利要求1所述的重金屬吸附劑的制備方法，其特征在于在經過熱和酸處理后的樣品直接風干。
【文檔編號】B01J20/08GK104209083SQ201310205380
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年5月29日 優(yōu)先權日:2013年5月29日
【發(fā)明者】裴元生, 袁楠楠, 王昌輝 申請人:北京師范大學