CN102847507A - 一种去除水中硫酸根的复合吸附材料及其制备方法 - Google Patents

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雷春生
陈蓉蓉
雷思宇
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Abstract

本发明公开了是一种去除水中硫酸根的复合吸附材料及其制备方法，属于水净化处理技木领域。其制备方法如下：将超细氢氧化锆粉末与三维有序大孔材料通过溶胶凝胶法和煅烧工艺，制备出一种具有独特的催化和吸附性能的复合吸附材料。本发明的应用方法是：将制备好的复合吸附材料投入到体积为400ml、硫酸根浓度为20mg/L的污水中，调节pH值为中性，静态吸附1～2h后，测得污水中硫酸根离子浓度在2.0mg/L以下，去除率达到了90％以上。经测试，采用本发明的复合吸附材料饮用水中的硫酸根能稳定达到饮用水标准。

Description

一种去除水中硫酸根的复合吸附材料及其制备方法
技术领域
本发明是一种去除水中硫酸根的复合吸附材料及其制备方法，具体涉及利用超细氢氧化锆粉末和三维有序大孔材料的结合制得具有独特催化和吸附性能的功能型吸附材料，属于水净化处理技术领域。
背景技术
SO1 2-是化工行业中常见的阴离子，他的存在往往给化工生产带来巨大危害。如在氯碱工业中，SO1 2-的存在将阻碍僻Cl-放电，降低电流效率，消耗电能，导致阳极腐蚀加快。水中硫酸根含量过高，不仅使水生植物的新陈代谢作用受影响，而且被人体摄入后，会引起腹泻及肠胃炎等疾病。在化工生产中，许多介质、产品中都含有一定量的SO4 2-，SO4 2-的含量对产品质量也有直接影响。
目前，工程应用上普遍采用的方法是物理法、化学沉淀法、膜分离技术、离子交换树脂肌肤技术、Zr(IV)材料吸附技术等。物理法包括冷冻法、热法提硝和外排盐水法冷冻法的基建和维护费用高，能耗人，目前此法已被渐渐弃用。热法提硝与冷冻法相比由于其生产工艺较简单、设备投资较少、能耗较低等，目前为越来越多国内厂家所认可。由于外排盐水法造成了资源浪费和环境污染以致使用厂家很少。化学沉淀法主要包括BaCl2法、BaCO3法和CaCl2法。BaCl2法中由于Ba2+有毒容易造成环境污染，而且价格昂贵，后续去除沉淀工艺费用也高。在PH为2～8的情况下，BaCO3法与BaCl2法相比，BaCO3价格便宜，但其溶度积小，沉淀反应缓慢，效率低，容易使管道结垢。而CaCl2法原料无毒、价格低廉、沉淀效果好并且操作费用低，但脱出效果差，操作复杂且不能实现SO4 2-较低浓度废水的处理。膜分离技术实现了废液中90％的SO4 2-分离，并且可以重复使用，但处理后的SO4 2-废液浓度未能达到当地的排放标准。树脂交换技术所使用的原村料成本低，但运行条件比较苛刻，树脂容易达到吸附饱和，离子交换周期短，而且还要求水中游离氯的含量要低于0.1mol/L，同时硬水要先进行软化处理。Zr(IV)材朴吸附技术操作费用低，环境友好，无毒、无固体废物，并且适用于任意浓度硫酸根离子的脱除，不会产生二次污染。但再生过程中材料分离操作会使村料损失，使设备投资增加、操作费用升高。
本发明复合吸附材料克服了现有吸附技术在材料分离操作中材料损失严重的不足，在处理含疏酸根离子的废水时，除硫酸根率达到90％以上，适用于任意浓度的含硫酸根离子的废水，在除含硫酸根水领域内有很好的应用前景。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术在材料分离操作中材料损失严重的不足，提供了一种去除水中硫酸根的复合吸附材料及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种去除水中硫酸根的复合吸附村料，各原料的含量分别为：
氨水溶液2mol/L～6mol/L    PEG2000分散剂4wt％～6wt％
无水乙醇15ml～25ml        三维有序大孔材料(3DOM)
ZrOCl2溶液1mol/L～3mol/L。
优选，一种去除水中硫酸根的复合吸附材料，各原料含量分别为：
氨水溶液2mol/L    PEG2000分散剂5wt％
无水乙醇20ml      三维有序大孔材料(3DOM)
ZrOCl2溶液1mol/L。
所述的5wt％PEG2000分散剂是质量百分比为5％的分子质量为2000g/mol的聚乙二醇。
所述的氨水溶液即氨气的水溶液，氨气通入水中制得，主要用作化肥。
所述的无水乙醇即100％含量的酒精。
所述的三维有序大孔材料是一类规则而均匀孔道结构的大孔材料，孔道系统由大孔和孔窗组成的三维立体结构。
本发明一种去除水中硫酸根的复合吸附材料及其制备方法，包括以下步骤：
(1)分别配置制2mol/L氨水溶液和含有5wt％PEG2000分散剂的1mol/LZrOCl2溶液；
(2)在快速搅拌的前提下，控制2种溶液以同样的速度缓慢滴入反应器，使pH维持在4-5之间，温度控制在60℃，6min内制得溶胶约200ml；
(3)溶胶制得后保持温度在60℃，并沉淀2h，待溶胶老化后用去离子水反复洗涤6次和真空过滤，直至滤液中无Cl-存在；
(4)加入20ml无水乙醇，混合打浆均匀后，恒温100℃下充分干燥，即可得到超细氢氧化锆颗粒，研磨后得到粉末；
(5)用溶胶凝股法结合煅烧工艺将超细氢氧化锆粉末载入到三维有序大孔材料(3DOM)中，得到具有独特的催化和吸附性能的复合吸附材料。
本发明方法的原理是：负载氯氧化锆微粒的三维有序大孔材料对硫酸根离子有很好的选择吸附性。通过氢氧化锆微粒对硫酸根离子的静态吸附作用除去水中的硫酸根离子，而其负载的三维有序大孔材料则使其具备更好吸附性能。因此，可以很有效的达到去除效果。
本发明的具体应用方法为：将制备好的复合吸附材料投入到体积为400ml、硫酸根浓度为20mg/L的污水中，调节pH值为中性，吸附1～2h后，测得污水中硫酸根离子浓度在2.0mg/L以下，去除率达到了90％以上。
本发明的有益效果是：本发明去除选择性高，不受水中其它共存离子影响，操作费用低，环境友好，无毒、无固体废物，并且适用于任意浓度硫酸根离子的脱除，不会产生二次污染，而且再生过程中无材料的损失。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步详细的描述。
实例1
各原料含量如下：
氨水溶液3mol/L     PEG2000分散剂4wt％
无水乙醇15ml        三维有序大孔材料(3DOM)
ZrOCl2溶液1mol/L
其制备方法如下：
分别配置制3mol/L氨水溶液和含有4wt％PEG2000分散剂的1mol/LZrOCl2溶液。在快速搅拌的前提下，控制2种溶液以同样的速度缓慢滴入反应器，使PH维持在4-5之间，温度控制在60℃，6min内制得溶胶约200ml。溶胶制得后保持温度在60℃，并沉淀2h，待溶胶老化后用去离子水反复洗涤6次和真空过滤，直至滤液中无Cl-存在。加入15ml无水乙醇，混合打浆均匀后，恒温100℃下充分干燥，即可得到超细氢氧化锆颗粒，研磨后得到粉末。用溶胶凝胶法结合煅烧工艺将超细氢氧化锆粉末载入到三维有序大孔材料(3DOM)中，得到具有独特的催化和吸附性能的复合吸附材料。
实例2
各原料含量如下：
氨水溶液4mol/L      PEG2000分散剂5wt％
无水乙醇20ml        三维有序大孔材料(3DOM)
ZrOCl2溶液2mol/L
其制备方法如下：
分别配置制4mol/L氨水溶液和含有5wt％PEG2000分散剂的2mol/LZrOCl2溶液。在快速搅拌的前提下，控制2种溶液以同样的速度缓慢滴入反应器，使PH维持在4-5之间，温度控制在60℃，6min内制得溶胶约200ml。溶胶制得后保持温度在60℃，并沉淀2h，待溶胶老化后用去离子水反复洗涤6次和真空过滤，直至滤液中无Cl-存在。加入20ml无水乙醇，混合打浆均匀后，恒温100℃下充分干燥，即可得到超细氢氧化锆颗粒，研磨后得到粉末。用溶胶凝胶法结合煅烧工艺将超细氢氧化锆粉末载入到三维有序大孔材料(3DOM)中，得到具有独特的催化和吸附性能的复合吸附材料。
实例3
各原料含量如下：
氨水溶液2mol/L    PEG2000分散剂6wt％
无水乙醇25ml      三维有序大孔材料(3DOM)
ZrOCl2溶液1mol/L
其制备方法如下：
分别配置制2mol/L氨水溶液和含有6wt％PEG2000分散剂的1mol/LZrOCl2溶液。在快速搅拌的前提下，控制2种溶液以同样的速度缓慢滴入反应器，使PH维持在4-5之间，温度控制在60℃，6min内制得溶胶约200ml。溶胶制得后保持温度在60℃，并沉淀2h，待溶胶老化后用去离子水反复洗涤6次和真空过滤，直至滤液中无Cl-存在。加入25ml无水乙醇，混合打浆均匀后，恒温100℃下充分干燥，即可得到超细氢氧化锆颗粒，研磨后得到粉末。用溶胶凝胶法结合煅烧工艺将超细氢氧化锆粉末载入到三维有序大孔材料(3DOM)中，得到具有独特的催化和吸附性能的复合吸附材料。

Claims (6)

1.一种去除水中硫酸根的复合吸附材料，其特征于：该复合吸附材料由超细氢氧化锆粉末和三维有序大孔材料的结合制得。
2.根据权利要求1所述的一种去除水中硫酸根的复合吸附材料及其制备方法，其特征在于：
(1)、分别配置制2mol/L氨水溶液和含有5wt％PEG2000分散剂的1mol/LZrOCl2溶液；
(2)、在快速搅拌的前提下，控制2种溶液以同样的速度缓慢滴入反应器，使PH维持在4-5之间，瘟度控制在60℃，6min内制得溶胶约200ml；
(3)、溶胶制得后保持温度在60℃，并沉淀2h，待溶胶老化后用去离子水反复洗涤6次和真空过滤，直至滤液中无Cl-存在；
(4)、加入20ml无水乙醇，混合打浆均匀后，恒温100℃下充分干燥，即可得到超细氢氧化锆颗粒，研磨后得到粉末；
(5)、用溶胶凝胶法结合煅烧工艺将超细氢氧化锆粉末载入到三维有序大孔材料(3DOM)中，得到具有独特的催化和吸附性能的复合吸附材料。
3.根据权利要求2所述的一种去除水中疏酸根的复合吸附材料及其制备方法，其特征在于：所述的5wt％PEG2000分散剂是质量百分比为5％的分子质量为2000g/mol的聚乙二醇。
4.根扰权利要求2所述的一种去除水中硫酸根的复合吸附材料及其制备方法，其特征在于：所述的氨水溶液即氨气的水溶液，氨气通入水中制得，主要用作化肥。
5.根据权利要求2所述的一种去除水中硫酸根的复合吸附材料及其制备方法，其特征在于：所述的无水乙醇即100％含量的酒精。
6.根据权利要求2所述的一种去除水中硫酸根的复合吸附材料及其制备方法，其特征在于：所述的三维有序大孔材料是一类规则而均匀孔道结构的大孔材朴，孔道系统由大孔和孔窗组成的三维立体结构。
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