CN103464102A

CN103464102A - 一种用于去除河流底泥污染物的多孔复合吸附剂及其制备工艺

Info

Publication number: CN103464102A
Application number: CN2013104329884A
Authority: CN
Inventors: 丁爱中; 谢恩; 豆俊峰; 程莉蓉; 郑蕾; 杨进
Original assignee: Beijing Normal University
Current assignee: Beijing Normal University
Priority date: 2013-09-23
Filing date: 2013-09-23
Publication date: 2013-12-25

Abstract

本发明属于河流底泥的修复技术领域的一种河流底泥污染物铁基复合吸附剂，由零价铁基核材料、粘合材料和吸附材料组成，其中粘合材料和吸附材料分别有两种成分。吸附材料通过粘合材料结合于零价铁基核表面。将吸附剂投加于污染河流底泥中，机械搅拌混匀，反应后可通过磁力回收装置进行回收，并进行后续处理，以达到去除河流底泥的目的，属于河流底泥原位修复技术。本发明具有成本低廉、能回收利用、比重大，能较好的沉入河底吸附多种污染物、使用方便、安全无害等优点。

Description

一种用于去除河流底泥污染物的多孔复合吸附剂及其制备工艺

技术领域

本发明属于河流底泥的修复技术领域，具体涉及一种用于去除河流底泥污染物的多孔复合吸附剂及其制备工艺。

背景技术

铁基材料，包括零价铁和铁(氢)氧化物均可对环境中重金属具有良好的吸附性能，近年来被广泛用于环境污染物的修复。零价铁能够去除水中氯代有机物、硝基芳香族化合物、重金属、染料以及硝酸盐等多种有毒有害污染物，被认为是最有应用前景的污染物治理技术之一。零价铁可以提高废水的可生化性，并降低对微生物的毒性，其通常通过以下作用去除污染物：(1)零价铁的直接还原作用；(2)零价铁的微电解作用；(3)零价铁的混凝吸附作用；(4)零价铁的间接氧化作用。

水铁矿作为自然界中较为常见的铁氧化物，已被用作从工业废水中脱除重金属离子的吸附剂，该技术成功关键在于能否从液相中有效地脱除水铁矿。水铁矿是一种红棕色的球形纳米颗粒，具有分布广、粒径小、结晶弱等特征，具有极大比表面积和高表面活性，可以通过吸附和共沉淀等作用去除废水中的污染物质。同时，水铁矿是一种有效的催化剂，可以高效催化H₂O₂降解有机污染物和氧化As(III)。

目前，利用吸附方法去除水中有机污染物时所采用的吸附剂主要为活性炭，活性炭因具有高度发达的孔隙结构、巨大的比表面积、稳定的化学性质和优良的吸附性能，在环境领域中得到了广泛应用，能有效去除水中的多种有机物，如如酚、苯、氯、农药、洗涤剂、三卤甲烷等，对重金属离子也有吸附能力。粉末活性炭还具有吸附速度快、价格低廉的优点，但其在实际应用中存在分离困难的问题。

壳聚糖和海藻酸钠是良好的高分子絮凝剂，已广泛应用于废水处理，具有良好的生物相容性、无毒性，对过渡金属离子有良好的螯合作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于去除河流底泥污染物的多孔复合吸附剂及其制备工艺。

为实现本发明目的，本发明提供一种复合材料吸附剂，包括零价铁基核材料1、粘合材料成分2、第一吸附材料成分3和第二吸附材料成分4。其中第一吸附材料成分和第二吸附材料成分通过第一粘合材料成分和第二粘合材料成分粘合在零价铁基核材料表面。

特别是，零价铁基核材料为体积小于0.03cm³的工业废铁屑或铁球中的一种或多种。

特别是，粘合材料为两种成分，分别为海藻酸钠和壳聚糖。

特另是，第一吸附材料成分为直径范围小于10mm的水铁矿或零价纳米铁中的一种或多种。

特别是，第二吸附材料成分为孔径范围小于10nm的多孔固体颗粒，选自活性炭、活性氧化铝、合成沸石和吸附树脂中的一种或多种。

特别是，用于去除河流底泥污染物的多孔复合吸附剂的制备工艺为：

(1)选用粒径大小为10～20目，密度为2.7t／m³的干铸铁屑为零价铁基核载体，用10％的稀盐酸浸渍处理10分钟；

(2)按照壳聚糖与海藻酸钠的质量配比为9：1的比例，在40℃条件下用蒸馏水分别溶解壳聚糖和海藻酸钠，充分搅拌后用醋酸调节壳聚糖溶液pH值为5～6，后边搅拌边加入海藻酸钠溶液，制得壳聚糖海藻酸钠共混溶胶粘合剂；

(3)按质量为海藻酸钠10倍的商品活性炭在丙酮中浸渍3h后，置于烘箱中120℃条件下烘干，再用1：1硝酸在100℃下对活性炭进行氧化处理，然后用超声震荡清洗活性炭至中性，再置于烘箱中120℃下干燥4小时，最后将活性炭置于管式炉中300℃在空气流下煅烧1h；

(4)将步骤(1)中所得的零价铁基核载体浸入过量的步骤(2)得到的粘合剂中，用真空抽滤去除多余粘合剂，随后震荡分粒；

(5)进行步骤(4)中震荡分粒的同时，将质量等同于步骤(3)中活性炭的水铁矿粉末与步骤(3)得到的活性炭混合均匀，然后均匀喷洒于步骤(4)得到的覆有粘合剂层的零价铁基核载体；

(6)将步骤(5)得到的覆有第一吸附材料成分和第二吸附材料成分的零价铁基核载体烘干，即得多孔复合吸附剂。

本发明制备的复合吸附剂对污染物的去除机理同时利用了氧化还原作用、微电解作用、混凝吸附作用、分配吸附机理和表面吸附机理。其中，零价铁基核材料通常为零价铁材料，第一吸附材料成分通常为铁(氢)氧化物材料，主要通过氧化还原作用、微电解作用、混凝吸附作用去除水中氯代有机物、硝基芳香族化合物、重金属、染料以及硝酸盐。第二吸附材料成分作为去除水中存在的其他有机物的吸附材料，通常为多孔表面吸附材料，适用于通过分配吸附机理和表面吸附机理吸附溶解态有机物。

本发明具有以下优点：

(1)本发明比重较大，能直接投加入河流对底泥污染物进行去除；

(2)本发明具有铁质核心，能通过磁力回收；

(3)本发明所采用的都是环境友好型材料，不会对环境产生不良影响；

(4)本发明可通过多种机理吸附污染物，吸附效果良好。

(5)本发明成本低廉，且能回收利用；

(6)本发明为河流底泥原位修复技术，能最大限度保持河流原有生态情况。

附图说明

图1为复合吸附剂模型图。图1中1为零价铁基核，2为粘合材料成分，3为第一吸附材料成分，4为第二吸附材料成分。

具体实施方式

下面结合实例进一步说明本发明。

该复合吸附剂采用浸渍法制备，其零价铁基核载体为装备制造厂生产中产生的废料干铸铁屑，大小为10～20目，密度为2.7t／m³。零价铁基核与吸附材料通过粘合材料结合，为提高零价铁基核和粘合材料结合的紧密度，零价铁基核预先用10％的稀盐酸浸渍处理10分钟。粘合材料采用壳聚糖和海藻酸钠，总质量为复合吸附剂的7％，在酸性条件下，壳聚糖、海藻酸钠按9：1的比例混合，搅拌，可以膨胀形成黏稠状粘合材料，具有良好的韧性。在浸渍粘合材料后将第一吸附材料成分和第二吸附材料的混合粉术喷于零价铁基核载体上。第一吸附材料成分和第二吸附材料成分分别采用水铁矿和活性炭粉末，二者体积比为1：1，总质量为复合吸附剂的35％。为提高活性炭的吸附效能，先对其进行改性处理，具体方法为：将商品活性炭在丙酮中浸渍3h后，置于烘箱中120℃条件下烘干，再用1：1硝酸在100℃下对活性炭进行氧化处理，然后用超声震荡清洗活性炭至中性，再置于烘箱中120℃下干燥4小时，最后将活性炭置于管式炉中300℃在空气流下煅烧1h，自然冷却至室温即成。

吸附剂可直接投加于污染河流中，投加量为1m³／60m²，待吸附剂沉入河底后通过机械搅拌使其与河流底泥混匀，反应3-5天后，采用磁力回收装置进行回收后进行后续处理。

Claims

1.一种用于去除河流底泥污染物的多孔复合吸附剂制备工艺，其特征在于，该制备工艺的步骤如下：

(1)选用粒径大小为10～20目，密度为2.7t／m3的干铸铁屑为零价铁基核载体，用10％的稀盐酸浸渍处理10分钟；

(3)按质量为海藻酸钠10倍的商品活性炭在丙酮中浸渍3h后，置于烘箱中120℃条件下烘干，再用1：1硝酸在100℃下对活性炭进行氧化处理，然后用超声震荡清洗活性炭至中性，再置于烘箱中120℃下干燥4小时，最后将活性炭置于管式炉中300℃在空气流下煅烧1h;

2.一种多孔复合吸附剂，其特征在于该吸附剂包括基核、吸附第一物质分子的第一吸附材料成分、吸附第二物质分子的第二吸附材料成分和粘合材料成分，其中第一物质分子主要为氯代有机物、硝基芳香族化合物、重金属、染料以及硝酸盐等物质，第二物质分子为水质其他部分有机物，第一吸附材料成分和第二吸附材料成分等比例混合覆于基核外部。

3.按照权利要求2所述的基核，其特征是：所述基核为铁质材质，为球形、片状或柱形中的一种，其体积范围为0.01～0.03cm³。

4.按照权利要求2所述的第一吸附材料成分，其特征在于，其成分为水铁矿或零价纳米铁中的一种或多种，特别是直径小于10nm的粉末状水铁矿或零价纳米铁。

5.按照权利要求2所述的第二吸附材料成分，其特征在于，其成分为活性炭、活性氧化铝、合成沸石和吸附树脂中的一种或多种，特别是直径小于10nm的粉末状活性炭、活性氧化铝、合成沸石或吸附树脂。

6.按照权利要求2所述的粘合材料成分，其特征在于，该粘合材料成分由壳聚糖与海藻酸钠酸性条件下混合共溶而得。