CN102151544A - 有机废水改性膨润土吸附剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机废水改性膨润土吸附剂及制备方法。它是以有机废水中有机胺类污染物为改性剂，以提纯的膨润土粉料为原料，加入到有机胺类废水中常温搅拌10-120分钟，然后过滤，得到有机废水改性膨润土滤饼，在90-105℃条件下烘干、研磨，得有机废水改性膨润土，然后将其置入马弗炉中焙烧，冷却至常温后即获得有机废水改性膨润土吸附剂。本发明的优点：1)以废水中的污染物作为改性剂，实现了以废治废；2)改性时间短；3)污染物去除效率高，脱色效果明显；4)固液分离快，5)处理成本低。
Description
技术领域
本发明涉及有机废水改性膨润土吸附剂及其制备方法。
背景技术
膨润土为含水的层状硅铝酸盐，属于晶形为2∶1三层结构的含水铝硅酸盐矿物。每个晶层由两层硅氧四面体中夹一层铝氧八面体构成，四面体的顶端氧指向结构层中央与八面体共用，并将三层联结在一起。这种结构沿a、b轴向无限延长，沿c轴方向以一定的间距重叠。多个这样的晶片自发层叠堆积，形成了膨润土颗粒。晶片层间由弱的范德华力键合或静电作用连接，各层间容易解离，有时会相互滑动。
膨润土具备亲水疏油的特点，其层板层间距约为1.2nm，在膨润土片层中，部分高价阳离子被低价阳离子置换，而高低价阳离子间的同晶置换造成膨润土片层负电荷过剩，过剩的负电荷需要通过层间吸附游离的NH4 +，Na+，Ca2+，Mg2+，Cu2+，Cr3+等阳离子来平衡，以保持其电中性。因此，膨润土可以广泛的用于有机胺类废水和重金属废水的处理。但是由于膨润土亲水疏油和层板层间距较小等原因，不利于辛醇水分配系数大和空间结构复杂的污染物接近或进入层板层间，使得膨润土的吸附处理能力有限。
改性膨润土可以解决以上问题。目前的有机改性膨润土一般采用有机季铵盐等插层改性以及微波和超声等协同改性而得，经有机修饰的膨润土使其片层层间距和比表面积增大，改善其微观形貌增加有效的吸附点位，通过阳离子交换和表层分子间作用力等方式提高了对难溶于水、较大分子量、结构较复杂的物质的吸附。在实际废水处理中，有机改性膨润土则表现出比普通膨润土更好的脱色效果和较高的COD去除率。但是，由于在加工制备有机改性膨润土的过程中使用了大量的有机季铵盐类表面活性剂和清洗水以及微波和超声等协同改性，废水量和污染物增加了，同时生产成本和投资都提高了，推广应用受到影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种有机废水改性膨润土吸附剂及制备方法，本发明能够广泛的用于有机废水中较大分子量、结构较复杂的有机胺类物质的吸附。
本发明的有机废水改性膨润土吸附剂，其特征在于该吸附剂为利用有机胺类废水中的有机胺作为改性剂，对已提纯的钠基或钙基膨润土进行改性而得到的吸附剂。
本发明是以有机废水中有机胺类污染物为改性剂，以提纯的膨润土粉料为原料，加入到有机胺类废水中常温搅拌10-120分钟，然后过滤，得到有机废水改性膨润土滤饼，在90-105℃条件下烘干、研磨，得有机废水改性膨润土，然后将其置入马弗炉中焙烧，冷却至常温后即获得有机废水改性膨润土吸附剂。
本发明所述的提纯膨润土是采用钠基或钙基膨润土和蒸馏水按1∶10的质量比混合，水浴保持温度在40-80℃搅拌24小时，然后静置6小时，弃去下层的沙土，取上清液过滤得滤饼，滤液可用于下次提纯，将滤饼在烘箱中90-105℃下烘干，研磨，过200目筛制得提纯膨润土。
本发明所述的有机胺类废水是指含嘧啶醇废水和含呋喃酚废水，有机胺浓度为500mg/L-5000mg/L。
本发明所述提纯膨润土的投料量是以有机胺类废水中有机胺污染物的质量为基准，与有机胺类污染物的质量比为1∶5-1∶10。
本发明所述的焙烧方法是将有机废水改性膨润土置于马弗炉中焙烧2-6小时，马弗炉以10-40℃/min的升温速度加热至250-400℃，即得本发明有机废水改性膨润土吸附剂。
本发明采用有机废水中结构简单的有机胺类物质插层修饰改性，再将其在一定温度下焙烧，制备有机改性膨润土。经焙烧处理的有机改性膨润土不仅提高了膨润土的层板层间距，而且在焙烧过程中有机物部分炭化，提高了其吸附能力和脱色效果，从而提高了膨润土对空间结构复杂的有机胺类污染物的吸附处理能力，达到了对废水脱色，有效降低COD的目的。
本发明由于采用250-400℃的低温焙烧，使吸附在膨润土表层的有机分子能够碳化，部分分子在气化或生成CO2在释放的过程中对膨润土表面刻蚀可使膨润土比表面积增加。而里层吸附的有机分子在膨润土层板的阻隔下，由于氧气分子稀少，而温度又不高，使其保持原有分子结构，进而增加了膨润土的层间距，提高了膨润土对空间结构复杂的有机胺类污染物的吸附能力。焙烧处理后的改性膨润土可用来处理其他的废水，插层、吸附处理后再焙烧处理，可循环套用。本发明既能获得优质的吸附剂产品，又能实现工艺简单，成本低廉，节能减排。
本发明与已知的技术相比，明显的特点是在利用有机废水中的污染物作为改性剂，通过吸附和低温焙烧，在膨润土表层和层间都增强了对空间结构复杂的污染物的化学吸附和物理吸附作用。
本发明产生的优越性，可通过图1得到充分证实。
附图说明
图1是钠基提纯膨润土和制备有机废水改性膨润土的XRD谱图。
将未改性的精制钠基膨润土和制备的有机废水改性膨润土的粉末样品进行XRD分析，图1中横坐标为X射线衍射角2θ，纵坐标为X射线的衍射强度。从图中可以看出001面衍射峰有明显的变化。钠基膨润土标志峰位于2θ＝7.4°，层间距为1.2nm；制备的有机膨润土标志峰位于2θ＝4.7°，层间距为1.8nm，这说明膨润土的层间距得到有效的增大。
具体实施方式
本发明中所用到的有机胺类废水来源于湖南某农药厂车间，下面结合实例对本发明作进一步的说明。
实例1：将50g钠基膨润土加入500mL蒸馏水中，水浴恒温60℃，持续搅拌24h，然后静置6h，弃去底层的沙土，取上清液抽滤，滤液可用于下次提纯，滤饼在烘箱中90℃下烘干，研磨过200目筛得到精制的膨润土备用。
取嘧啶醇废水2L(嘧啶醇浓度约为5000mg/L)，用浓度为2mol/L的硫酸调节pH至2。加入2g精制膨润土粉末，常温搅拌反应1h后，抽滤，置于烘箱中在90℃下烘烤5h，研磨，然后置于马弗炉中以40℃/min的升温速度加热至350℃，焙烧4h，降温后得到黑灰色的产品，产量为2.17g，产品编号MMT-1。
实例2：按照实例1中的过程得到提纯的膨润土。
取呋喃酚废水10L(呋喃酚浓度约为5000mg/L)，先用浓度为10mol/L的硫酸粗调pH，然后用浓度为2mol/L的硫酸调节pH至3。加入1g精制膨润土粉末，常温下搅拌反应2h后，抽滤，置于烘箱中在100℃下烘烤5h，研磨，然后置于马弗炉中以40℃/min的升温速度加热至280℃，焙烧2h，降温后得到黑灰色的产品，产量为1.02g，产品编号MMT-2。
实例3：本发明有机废水改性膨润土对嘧啶醇废水的吸附焙烧循环套用试验：取上述实例1所得到的有机废水改性膨润土为吸附剂，按以下废水处理工艺。
1、取嘧啶醇废水100mL，嘧啶醇起始浓度为5000mg/L，COD为27000mg/L，色度为100倍；
2、调节pH至3.0-5.0；
3、向废水中投加有机膨润土，吸附剂用量为0.5g/100mL水样；
4、常温下搅拌15min；
5、静置15min，取上清液用液相色谱法对剩余嘧啶醇浓度进行测定，结果表明残留嘧啶醇浓度为500mg/L，去除率达到90％；采用重铬酸钾微波消解法分析剩余COD为12000mg/L；采用稀释法对色度进行测定，结果表明色度降为10倍。
6、吸附后的膨润土还可以按照实例1的方法烘干、焙烧，重复15次后，吸附去除率仍然可达到85％。
实例4-5：实施方法与实例3相同，改变处理的废水为二正丁胺和三正丁胺废水。废水的基本情况如表1所示，吸附条件和结果如表2所示；有机废水改性膨润土吸附剂重复性试验结果如表3所示。吸附后的膨润土还可以按照实例1的方法烘干、焙烧，重复10次以上，依然具有较好的吸附去除率。
表1废水水质基本情况
| 有机废水 | pH | COD | 色度 |
| 二正丁胺废水 | 9 | 70000 | 400 |
| 三正丁胺废水 | 8.7 | 30000 | 100 |
表2不同有机胺废水的吸附条件和处理效果
表3有机废水改性膨润土吸附剂重复性试验结果
Claims (5)
1.一种有机废水改性膨润土吸附剂，其特征在于该吸附剂为利用有机胺类废水中的有机胺作为改性剂，对已提纯的钠基或钙基膨润土进行改性而得到的吸附剂。
2.一种如权利要求1所述的有机废水改性膨润土吸附剂的制备方法，其特征在于：将提纯的膨润土粉料加入到有机胺类废水中常温搅拌10-120分钟，然后过滤，得到有机废水改性膨润土滤饼，在90-105℃条件下烘干、研磨，得有机废水改性膨润土，然后将其置入马弗炉中焙烧，冷却至常温后即获得有机废水改性膨润土吸附剂。
3.根据权利要求2所述的有机废水改性膨润土吸附剂的制备方法，其特征在于所述的提纯膨润土是采用钠基或钙基膨润土和蒸馏水按1∶10的质量比混合，水浴保持温度在40-80℃搅拌24小时，然后静置6小时，弃去下层的沙土，取上清液过滤得滤饼，滤液用于下次提纯，将滤饼在烘箱中90-105℃下烘干，研磨，过200目筛制得提纯膨润土。
4.根据权利要求2所述的有机废水改性膨润土吸附剂的制备方法，其特征在于所述的有机胺类废水是指含嘧啶醇废水和含呋喃酚废水，有机胺浓度为500mg/L-5000mg/L，所述提纯膨润土的投料量是以有机胺类废水中有机胺类污染物的质量为基准，与有机胺类污染物的质量比为1∶5-1∶50。
5.根据权利要求2所述的有机废水改性膨润土吸附剂的制备方法，其特征在于所述的焙烧方法是将有机废水改性膨润土置于马弗炉中焙烧2-6小时，马弗炉以10-40℃/min的升温速度加热至250-400℃，即得本发明有机废水改性膨润土吸附剂。
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