CN103071451A - 净化废水中重金属离子改性凹凸棒石粘土及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种净化废水中重金属离子改性凹凸棒石粘土，其质量百分比组成为：65～78％的凹凸棒石粘土，18～28％的粘结剂，4～10％的改性剂。本发明还公开了净化废水中重金属离子改性凹凸棒石粘土的制备方法，其特征在于包括以下步骤：第一步：将凹凸棒石粘土和粘结剂混合，加入水或稀硝酸揉团，放置陈化，挤压成条；将条型凹凸棒石粘土干燥、焙烧；第二步：将焙烧好的凹凸棒石粘土条粉碎过筛，将改性剂碱金属，或碱土金属的硝酸盐，或氢氧化物配成一定浓度的浸渍液，将制得的凹凸棒石粘土颗粒浸渍、干燥、焙烧，制得净化废水中重金属离子改性凹凸棒石粘土。该材料对Cu²⁺、Pb²⁺、Cr²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺等重金属有良好的净化效果。

Description

净化废水中重金属离子改性凹凸棒石粘土及制备方法

技术领域

本发明涉及一种高效吸附净化废水中重金属离子的改性凹凸棒石粘土的制备方法。该材料可广泛应用在电镀、化工、冶炼、城市生活用水处理等领域。

背景技术

随着工业的快速发展，目前我国每年要产生约几百亿吨含重金属的废水，主要来自电镀、电解、采矿、冶炼、化工等行业，对环境、水体、土壤和生物造成了巨大危害。国内外通常对含重金属废水的处理主要有两类。一类是利用氢氧化物沉淀法、碱化物沉淀法、铁氧体共沉淀法、氧化还原沉淀法等将重金属离子转化为不溶的金属化合物，再进行分离去除；另一类是利用反渗透法、电渗析法、膜分离法、蒸发浓缩法、吸附法、离子交换法等不改变重金属离子化学形态的条件下进行吸附、浓缩和分离。吸附剂主要包括膨润土、沸石、海泡石、凹凸棒石等，对Cr²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺等具有较强的吸附去除作用。但以上吸附剂的吸附容量有限，处理后形成的污泥含水量高、重金属含量较低，应用范围较窄，因此开发具有大吸附和离子交换能力的材料是该技术的关键。文献公开了一种利用13X沸石净化处理含重金属废水，并回收金属的技术。其采用13X沸石通过吸附-离子交换作用，将废水中的重金属离子Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺除去，达到净化废水的目的。文献公开了一种将有机树脂和凹凸棒石粘土按一定比例混合，再进行烘干、焙烧碳化制得的重金属离子净化材料，具有较好的性能。文献公开了一种在酸性介质中以非离子型聚合物为模板剂，采用(MeO)₃SiCH₂CH₂Si(OMe)₃和(MeO)₃SiCH₂CH₂SH混合物为硅源共聚合成含-SH吸附中心的有机/无机杂化介孔材料。该吸附材料多种有害金属离子具有强吸附能力。

凹凸棒石粘土是一种具有链层状结构含水富镁的具有纳米通道的天然矿物材料。其具有高比表面积、离子交换性能力强、化学稳定性好、强吸水性等特性，被广泛用作为吸附剂、催化剂载体和抗菌剂载体，已在石油、化工、日用化工、精细化工、食品加工等领域中应用，而利用直接改性的凹凸棒石粘土净化废水中重金属离子鲜有报道。本发明利用凹凸棒石粘土的物化特性，并进行改性，制备具有高效、离子交换能力强和交换容量大等优点的重金属离子净化材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效吸附净化废水中重金属离子的改性凹凸棒石粘土的制备方法。本发明是通过以下技术方案实现：

一种净化废水中重金属离子改性凹凸棒石粘土，其特征在于，材料的质量百分比组成为：65～78％的凹凸棒石粘土，18～28％的粘结剂，4～10％的改性剂。

所述粘结剂为高岭土、膨润土、拟薄水铝石中的一种或其组合。

所述改性剂为碱金属、或碱土金属的硝酸盐，或氢氧化物。

本发明还提供一种净化废水中重金属离子改性凹凸棒石粘土的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：称取一定量的凹凸棒石粘土和粘结剂充分混合，再加入水或稀硝酸揉团，放置5～48小时陈化，再挤压成条；将条型凹凸棒石粘土在80～120℃下干燥3～24小时后，在400～700℃下焙烧3～8小时制得半成品；

第二步：将焙烧好的凹凸棒石粘土条粉碎过筛备用，将改性剂碱金属，或碱土金属的硝酸盐，或氢氧化物配成一定浓度的浸渍液，将第一步制得的凹凸棒石粘土颗粒与浸渍液以等体积的方式浸渍；浸渍1～24小时，在80～120℃下干燥3～24小时，在300～600℃下焙烧3～8小时制得净化废水中重金属离子改性凹凸棒石粘土。

该材料对Cu²⁺、Pb²⁺、Cr²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺等重金属有良好的净化效果。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

1、配料(质量百分比)，将200～300目的凹凸棒石粘土100g、200～300目的粘结剂高岭土30g充分混合，加入5％的稀硝酸溶液在充分搅拌下揉团，陈化6小时；

2、将陈化料转移至挤出机中挤条成型，将挤出的条在100℃下干燥5小时后在550℃下焙烧3小时制得半成品；

3、将半成品粉碎过筛20～40目颗粒备用；

4、将改性剂KOH配制成15％的浸渍液，采用等体积的方式浸渍20～40目半成品颗粒10小时。再经100℃烘干6小时，550℃焙烧4小时制得成品；

5、评价采用固定床方式，一次性通过改性的凹凸棒石粘土含重金属离子废水的净化效率如：Cu²⁺≥90％、Cr²⁺≥93％、Pb²⁺≥98％。

实施例2：

步骤1、2和3与实施例1同；

步骤4、将改性剂KNO₃配制成15％的浸渍液，采用等体积的方式浸渍20～40目半成品颗粒10小时。再经100℃烘干6小时，550℃焙烧4小时制得成品；

步骤5、评价采用固定床方式，一次性通过改性的凹凸棒石粘土含重金属离子废水的净化效率如：Cu²⁺≥93％、Cr²⁺≥94％、Pb²⁺≥98％。

实施例3：

步骤1、2和3与实施例1同；

步骤4、将改性剂K₂CO₃配制成15％的浸渍液，采用等体积的方式浸渍20～40目半成品颗粒10小时。再经100℃烘干6小时，550℃焙烧4小时制得成品；

步骤5、评价采用固定床方式，一次性通过改性的凹凸棒石粘土含重金属离子废水的净化效率如：Cu²⁺≥95％、Cr²⁺≥97％、Pb²⁺≥99％。

实施例4：

步骤1、2和3与实施例1同；

步骤4、将改性剂NaOH配制成15％的浸渍液，采用等体积的方式浸渍20～40目半成品颗粒10小时。再经100℃烘干6小时，550℃焙烧4小时制得成品；

步骤5、评价采用固定床方式，一次性通过改性的凹凸棒石粘土含重金属离子废水的净化效率如：Cu²⁺≥93％、Cr²⁺≥96％、Pb²⁺≥98％。

实施例5：

步骤1、2和3与实施例1同；

步骤4、将改性剂CaNO₃配制成15％的浸渍液，采用等体积的方式浸渍20～40目半成品颗粒10小时。再经100℃烘干6小时，550℃焙烧4小时制得成品；

步骤5、评价采用固定床方式，一次性通过改性的凹凸棒石粘土含重金属离子废水的净化效率如：Cu²⁺≥85％、Cr²⁺≥93％、Pb²⁺≥95％。

实施例6：

步骤1、2和3与实施例1同；

步骤4、将改性剂MgNO₃配制成15％的浸渍液，采用等体积的方式浸渍20～40目半成品颗粒10小时。再经100℃烘干6小时，550℃焙烧4小时制得成品；

步骤5、评价采用固定床方式，一次性通过改性的凹凸棒石粘土含重金属离子废水的净化效率如：Cu²⁺≥87％、Cr²⁺≥90％、Pb²⁺≥93％。

Claims (4)

1.一种净化废水中重金属离子改性凹凸棒石粘土，其特征在于，材料的质量百分比组成为：65～78％的凹凸棒石粘土，18～28％的粘结剂，4～10％的改性剂。

2.根据权利要求1所述净化废水中重金属离子改性凹凸棒石粘土，其特征在于，所述粘结剂为高岭土、膨润土、拟薄水铝石中的一种或其组合。

3.根据权利要求1所述净化废水中重金属离子改性凹凸棒石粘土，其特征在于，所述改性剂为碱金属、或碱土金属的硝酸盐，或氢氧化物。

4.根据权利要求1或2或3所述净化废水中重金属离子改性凹凸棒石粘土的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：称取一定量的凹凸棒石粘土和粘结剂充分混合，再加入水或稀硝酸揉团，放置5～48小时陈化，再挤压成条；将条型凹凸棒石粘土在80～120℃下干燥3～24小时后，在400～700℃下焙烧3～8小时制得半成品；

第二步：将焙烧好的凹凸棒石粘土条粉碎过筛备用，将改性剂碱金属，或碱土金属的硝酸盐，或氢氧化物配成一定浓度的浸渍液，将第一步制得的凹凸棒石粘土颗粒与浸渍液以等体积的方式浸渍；浸渍1～24小时，在80～120℃下干燥3～24小时，在300～600℃下焙烧3～8小时制得净化废水中重金属离子改性凹凸棒石粘土。