CN102872801A - 一种去除天然水体中镁离子的复合吸附材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种去除天然水体中镁离子的复合吸附材料及其制备方法，是以骨头/木屑为原料，将动物骨头蒸煮粉碎之后用NaOH煮沸，用水冲洗，干燥过目筛烘干，然后再将经过烘干粉碎筛分处理的木屑、骨炭、水均混合均匀后在挤条机成型，造粒机中造粒，阴干烘干，最后将干燥后的材料进行升温活化，自然冷却之后，冲洗，再烘干即得本发明吸附材料。该制备方法新颖独特，制得的材料对于水中的镁离子具有良好的吸附效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种去除天然水体中镁离子的复合吸附材料及其制备方法，具体涉及含镁离子水体的深度处理，属于环境保护中废水处理领域。
背景技术
某些水中含有镁离子和碳酸氢根离子等，镁离子与碳酸氢根离子结合生成碳酸氢镁，碳酸氢镁不稳定最终转化为氢氧化镁，极为稳定，且不溶于水，是白色沉淀，我们称这种水为硬水。硬水的饮用会对人体健康与日常生活造成一定的影响，用硬水烹调鱼肉、蔬菜，会因不易煮熟而破坏或降低食物的营养价值；用硬水泡茶会改变茶的色香味而降低其饮用价值；用硬水做豆腐不仅会使产量降低、而且影响豆腐的营养成分；没有经常饮硬水的人偶尔饮硬水，会造成肠胃功能紊乩，即所谓的“水土不服”。所以对于水中的镁离子含量需要进行适当的控制。
目前，对含有镁离子的水进行净化的方法一般有化学沉淀法、渗析、微滤、超滤、离子交换树脂等。但是各自都有不足，如采用化学沉淀法石灰-纯碱法或烧碱-纯碱法除镁，所得到的水仍然含有处于饱和或过饱和状态的少量杂质离子，处理不彻底。如电渗析、微滤、超滤、离子交换树脂等方法，技术方面比较成熟，但是耗费的成本高，不适合用在废水回注水的下程实践中。吸附法因是一种广泛用于从水溶液中去除镁离子的方法，其中吸附剂与镁离子之间通过静电相互作用或者吸附剂与镁离子螯合而达到去除水中镁离子的目的。传统的吸附剂有硅胶，离子交换树脂。硅胶具有比表面积大、多孔的特点，但是吸附效率不高。离子交换树脂具有比表面积大、多孔性吸附性能高的优点，但是制备成本高，工艺复杂。因此，需要开发一种成本低，来源广泛的吸附材料。
动物骨头是一种我们常见的骨头材料，其中富含了大量的营养物质，利用这个特性，可以将动物骨头制成骨炭。骨炭为难溶于水的白色块状，粒度大于5mm，富含磷钙等元素的物质，对水中离子具有吸附作用。
木屑，是木材加工过程中的废料，由于其来源于木材，因此结构中含有纤维素、聚合体和羟氰氧基等物质成分，具有很好的吸附性能，经过加工之后可以和其他物质一起做成吸附材料。
发明内容
本发明追对镁离子处理效率不高的问题，提供一种骨头/木炭复合吸附材料及其制备方法，该材料可以高效的去除水中的镁离子。
本发明的另一个目的是解决了现有饮用水中镁离子去除材料成本高的问题。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案是：
所述骨粉和木屑的制备方法为：
(1)将动物骨头放在水中反复煮沸，粉碎；
(2)将制得的骨粉用质量分数为20～25％的NaOH煮沸，用大量水洗去骨粉表面的碱液；
(3)将骨粉干燥，过目筛得到不同粒径的骨粉，取粒径为18～40目的骨粉，置于烘箱中于105℃干燥2～4h，备用；
(4)将木屑置于烘箱中于105℃干燥1～3h，然后用小型粉碎机粉，用40～60目筛分，备用。
碳化改性骨粉的制备方法：
(1)取处理后的木屑、骨粉、水按质量比3∶2∶2混合；
(2)然后在成型挤条机混合均匀，并挤条成型；
(3)然后在造粒机中造粒成圆形的颗粒状，阴干20～24h，置于烘箱中于105℃干燥1～2h；
(4)然后将干燥样以升温速率5～15℃/min，在活化温度500～700℃下进行活化烧结，达到最高活化温度后，保持2～4h后自然冷却，于105℃下烘干，即得本发明吸附材料。
所述的多少目为每平方英寸筛网上的空眼数目。
所述的活化烧结是指采用物理或化学的手段使烧结温度降低、烧结时间缩短、烧结性能提高的一种方法，如周期性改变烧结温度、施加机械振动、超声波和外应力等促进烧结过程。
本发明的原理是：将骨头和木屑处理筛分后与水混合活化制得的碳化吸附材料，一方面骨炭可以通过离子交换及直接吸附作用对水中的镁离子有较好的去除效果，另一方面木屑经炭化、活化后，由于其内部具有发达的孔隙结构，从而实现了对镁离子的吸附，这种既有物理吸附又有化学吸附而产生的协同效应大大提高了水处理的效率。
本发明的应用方法是：将本发明的吸附材料15g，投入到500ml含有镁离子60～75mg/L的污水中，调节pH在6～7左右，搅拌之后静置2～3小时，然后过滤取出本发明的吸附材料即可。
本发明的有益效果是：本发明所述方法制得的骨头/木屑复合吸附材料孔隙率优于现在有的吸附材料，并且具有成本低、吸附容量大，来源厂泛的特点。与现有的吸附材料相比，将所述的吸附材料用于吸附水中的镁离子，可以对水中的镁离子进行物理和化学双重吸附，增加吸附效率，从而高效的吸附水中的镁离子。
具体实施方式
一种骨头/木屑复合吸附材料制备方法如下：
将动物骨头放在水中反复煮沸，粉碎，将制得的骨粉用质量分数为20～25％的NaOH煮沸，用大量水洗去骨粉表面的碱液；将骨粉干燥，用过目筛得到不同粒径的骨粉，取粒径为18～40目的骨粉，置于烘箱中于105℃干燥2～4h；将木屑置于烘箱中于105℃干燥1～3h，然后用小型粉碎机粉，用40～60目筛分；取处理后的木屑、骨粉、水按质量比3∶2∶2混合，然后在成型挤条机混合均匀，并挤条成型，然后在造粒机中造粒成圆形的颗粒状，阴干20～24h，置于烘箱中于105℃干燥1～2h，然后将干燥样以升温速率5～15℃/min，在活化温度500～700℃下进行活化烧结，达到最高活化温度后，保持2～4h后自然冷却，于105℃下烘干，即得本发明吸附材料。
以下用3个实施例再详细说明本发明：
实施例1
将动物骨头放在水中反复点沸，粉碎，将制得的骨粉用质量分数为20％的NaOH煮沸，用大量水洗去骨粉表面的碱液；将骨粉干燥，用过目筛得到不同粒径的骨粉，取粒径为18目的骨粉，置于烘箱中于105℃干燥2h；将木屑置于烘箱中于105℃干燥1h，然后用小型粉碎机粉，用40目筛分；取处理后的木屑、骨粉、水按质量比3∶2∶2混合，然后在成型挤条机混合均匀，并挤条成型，然后在造粒机中造粒成圆形的颗粒状，阴干20h，置于烘箱中于105℃干燥1h，然后将干燥样以升温速率5℃/min，在活化温度500℃下进行活化烧结，达到最高活化温度后，保持2h后自然冷却，于105℃下烘干，即得本发明吸附材料。
将该吸附材料放入体积为500mL浓度为60mg/L含有镁离子的废水中，pH值在6.0的情况下，吸附2个小时，吸附率为90.8％。
实施例2
将动物骨头放在水中反复煮沸，粉碎，将制得的骨粉用质量分数为22％的NaOH煮沸，用大量水洗去骨粉表面的碱液；将骨粉干燥，用过目筛得到不同粒径的骨粉，取粒径为30目的骨粉，置于烘箱中于105℃干燥3h；将木屑置于烘箱中于105℃干燥2h，然后用小型粉碎机粉，用50目筛分；取处理后的木屑、骨粉、水按质量比3∶2∶2混合，然后在成型挤条机混合均匀，并挤条成型，然后在造粒机中造粒成圆形的颗粒状，阴干22h，置于烘箱中于105℃干燥1.5h，然后将干燥样以升温速率10℃/min，在活化温度600℃下进行活化烧结，达到最高活化温度后，保持3h后自然冷却，于105℃下烘干，即得本发明吸附材料。
将该吸附材料放入体积为500mL浓度为70mg/L含有镁离子的废水中，pH值在6.5的情况下，吸附2.5个小时，吸附率为91.3％。
实施例3
将动物骨头放在水中反复煮沸，粉碎，将制得的骨粉用质量分数为25％的NaOH煮沸，用大最水洗去骨粉表面的碱液；将骨粉干燥，用过目筛得到不同粒径的骨粉，取粒径为40目的骨粉，置于烘箱中于105℃干燥4h；将木屑置于烘箱中于105℃干燥3h，然后用小型粉碎机粉，用60目筛分；取处理后的木屑、骨粉、水按质量比3∶2∶2混合，然后在成型挤条机混合均匀，并挤条成型，然后在造粒机中造粒成圆形的颗粒状，阴干24h，置于烘箱中于105℃干燥2h。然后将干燥样以升温速率15℃/min，在活化温度700℃下进行活化烧结，达到最高活化温度后，保持4h后自然冷却，于105℃下烘干，即得本发明吸附材料。
将该吸附材料放入体积为500mL浓度为75mg/L含有镁离子的废水中，pH值在7.0的情况下，吸附3个小时，吸附率为92.4％。
Claims (5)
1.一种去除天然水体中镁离子的吸附材料，其特征在于：该吸附材料由骨头和木屑为主要原料制备而成。
2.根据权利要求1所述一种去除天然水体中镁离子的复合吸附材料的制备方法，其特征在于骨粉和木屑的制备方法：
(1)将动物骨头放在水中反复煮沸，粉碎；
(2)将制得的骨粉用质量分数为20～25％的NaOH煮沸，用大量水洗去骨粉表面的碱液；
(3)将骨粉干燥，过目筛得到不同粒径的骨粉，取粒径为18～40目的骨粉，置于烘箱中于105℃干燥2～4h，备用；
(4)将木屑置于烘箱中于105℃干燥1～3h，然后用小型粉碎机粉，用40～60目筛分，备用。
3.根据权利要求1所述一种去除天然水体中镁离子的复合吸附材料的制备方法，其特征在于碳化改性骨粉的制备方法：
(1)取处理后的木屑、骨粉、水按质量比3∶2∶2混合；
(2)然后在成型挤条机混合均匀，并挤条成型；
(3)然后在造粒机中造粒成圆形的颗粒状，阴干20～24h，置于烘箱中于105℃干燥1～2h；
(4)然后将干燥样以升温速率5～15℃/min，在活化温度500～700℃下进行活化烧结，达到最高活化温度后，保持2～4h后自然冷却，于105℃下烘干，即得本发明吸附材料。
4.根据权利要求2所述一种去除天然水体中镁离子的复合吸附材料的制备方法，其特征在于：所述的多少目为每平方英寸筛网上的空眼数目。
5.根据权利要求2所述一种去除天然水体中镁离子的复合吸附材料的制备方法，其特征在于：所述的活化烧结是指采用物理或化学的手段使烧结温度降低、烧结时间缩短、烧结性能提高的一种方法，如周期性改变烧结温度、施加机械振动、超声波和外应力等促进烧结过程。
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