CN103894149A

CN103894149A - 一种水处理用复合陶瓷球及其制备方法

Info

Publication number: CN103894149A
Application number: CN201410118630.9A
Authority: CN
Inventors: 孙国平; 刘磊; 刘潇彤
Original assignee: Zhongyuan University of Technology
Current assignee: Zhongyuan University of Technology
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2014-07-02

Abstract

本发明公开了一种水处理用复合陶瓷球的制备方法，包括如下步骤：（1）将苯酚和甲醛水溶液混合；（2）在所述步骤（1）处理后的溶液中加入氢氧化铝进行反应，然后，加入酸性溶液中和得到液态混合物；（3）在步骤（2）所得的液态混合物中加入发泡剂和固化剂，发泡并熟化，获得泡沫体；（4）将获得的泡沫体破碎，并用80~150目筛筛分，然后取通过筛目的物料，并将该物料投入造粒机中旋转造球；（5）将成型后的球料放入加热炉中炭化并活化。与现有技术相比，本发明将活性炭与活性氧化铝两种材料紧密地结合在一起，制备得到的活性炭牢固而均匀地固定在活性氧化铝中，解决了活性炭强度低、使用寿命短的缺点。

Description

一种水处理用复合陶瓷球及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种净化水质的功能材料与复合材料，具体涉及一种水处理用复合陶瓷球及其制备方法。

背景技术

现有技术的水净化、矿化处理最常用的三类材料是麦饭石、活性炭和氧化铝矿化球。其中活性氧化铝是一种多孔性、高分散度的固体物料，具有抗破碎强度高、比表面积适中、孔径和孔隙可调等特点，广泛应用于水质处理。但其吸附性能与活性炭相比还存在一定的差距。随着环境治理的需要，对活性氧化铝的性能提出了许多新的要求。活性炭作为一种具有石墨微晶结构、孔隙发达、吸附能力强的炭质材料，已经广泛应用于废水废气处理等领域，但是随着人们对活性炭的需求和质量要求的不断提高，活性炭也显现出诸多的缺点，例如强度低，大多产品为粉状、粒状，使用寿命短，回收再生使用费用高，也已不能满足现代水质处理的需求。

社会各行业的发展和需求使得有必要将活性炭和活性氧化铝材料结合起来制备得到新型的净化水质的功能材料与复合材料。中国专利02149357.X公开了一种新型磁性活性炭的制备方法，提供了一种新的磁性活性炭在水处理中去除有机物及无机砷的应用方法，属于水处理应用技术领域。中国专利200910260302.1提供一种制备水处理用煤质活性炭的方法，在不使用粘接剂的情况下通过采用不同煤种混配技术、控制碳化以及分段活化的条件，能够获得对于天然水或有机物含量高的工业污水具有良好处理效果并且具有高强度和高耐磨性的煤质活性炭。中国专利200410072220.1涉及一种用于污水处理的除菌过滤装置及应用,具体地说,是一种用于污水处理的活性氧化铝静电除菌过滤装置及应用。中国专利201110182683.3涉及一种用活性氧化铝脱除硫酸锌溶液中氟的方法。但以上方法均是活性炭或活性氧化铝的单独应用，没有将两者的优点结合起来以提高材料净化水质功用的综合性能。因此，开发一种新型的活性炭和氧化铝复合陶瓷球用于水处理具有重要的现实意义和经济价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种水处理用复合陶瓷球的制备方法，将活性炭和活性氧化铝复合起来，原料易得，极大的提高了活性氧化铝的吸附性能，制得的复合陶瓷球应用于水处理具有活性好、再生能力强，使用寿命长的优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种水处理用复合陶瓷球的制备方法，包括如下步骤：（1）将苯酚和甲醛水溶液混合，苯酚与甲醛的摩尔比为1：1~1：3，加热并搅拌，使苯酚全部溶解；（2）在所述步骤（1）处理后的溶液中加入氢氧化铝进行反应，所加氢氧化铝与苯酚的摩尔比0.3：1~1：1，然后，加入酸性溶液中和，使反应停止，冷却至室温并进行减压脱水，得到液态混合物；（3）在步骤（2）所得的液态混合物中加入发泡剂和固化剂，搅拌，发泡并熟化，获得泡沫体；（4）将获得的泡沫体破碎，并用80~150目筛筛分，然后取通过筛目的物料，并将该物料投入造粒机中，同时加入粘结剂，旋转造球；（5）将成型后的球料放入加热炉中炭化并活化，即可得到活性炭和氧化铝复合材料组成的水处理用复合陶瓷球。

所述步骤（1）中，甲醛水溶液的质量百分浓度为30~40%，加热温度为60~90^oC。

所述步骤（2）中，加入氢氧化铝进行反应时在60~90^oC的温度中反应2~4小时；所加的酸性溶液为盐酸、醋酸或硫酸中的一种；减压脱水至含水量为10~30%。

所述步骤（3）中，发泡剂为二氯甲烷，其用量与液态混合物的体积比为1：20~1：4；所述固化剂为盐酸、醋酸或硫酸中的一种，其用量与液态混合物的体积比为1：10~1：3，发泡温度为50~90^oC，发泡时间为0.5 ~2小时。

所述步骤（4）中，粘结剂为羧甲基纤维素、聚乙烯醇或淀粉，其与筛分后泡沫体物料的质量比为1：10~1：20。

所述步骤（5）中，炭化温度为300~500^oC，炭化时间为0.5~1h；活化温度为450~700^oC，活化时间为0.5~2h，并利用水蒸气做为活化剂。

一种按照水处理用复合陶瓷球的制备方法制得的水处理用复合陶瓷球，其特征在于：所述水处理用复合陶瓷球的碘吸附值为295.1-463.2mg/g，平均孔径为2.52-5.27nm。

与现有技术相比，本发明有以下优点：①将活性炭与活性氧化铝两种材料紧密地结合在一起，制备得到的活性炭牢固而均匀地固定在活性氧化铝中，解决了活性炭强度低、使用寿命短的缺点；②制备方法简单易行，成本低廉，适合大规模工业化生产；③在充分发挥活性炭和活性氧化铝优良特性的基础上，极大的提高了复合陶瓷球的吸附性能；④制得的复合陶瓷球应用于水处理具有活性好，再生能力强，使用寿命长等特点。

具体实施方式

以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例。

实施例1

本实施例水处理用复合陶瓷球的制备方法，包括如下步骤：（1）计量称取苯酚94.11g，质量百分浓度为30%的甲醛水溶液100.1g，将两者混合，在60^oC下加热并搅拌，使得苯酚全部溶解；（2）在步骤（1）处理后的溶液中加入23.4g的氢氧化铝，在60^oC下加热反应2h，然后，加入硫酸溶液中和，使反应停止，冷却至室温并进行减压脱水至含水量为10%，得到液态混合物；（3）取步骤（2）获得的液态混合物80ml,加入4ml二氯甲烷作为发泡剂，加入8ml盐酸作为固化剂，快速搅拌，在50^oC下发泡0.5h熟化后，获得泡沫体；（4）将获得的泡沫体破碎并用80目筛筛分，取通过筛目的物料40g，投料于混合搅拌造粒机中，加入4g的羧甲基纤维素，旋转造球；（5）将步骤（4）中获得的成型球料放入加热炉中在300^oC炭化0.5h,并在450^oC下活化0.5h，在活化过程中利用水蒸气做为活化剂，即可制得水处理用复合陶瓷球。

按照上述方法制备的水处理用复合陶瓷球的碘吸附值280.5mg/g,平均孔径为2.45nm。

实施例2

本实施例水处理用复合陶瓷球的制备方法，包括如下步骤：（1）计量称取苯酚94.11g，质量百分浓度为33%的甲醛水溶液136.5g，将两者混合，在70^oC下加热并搅拌，使得苯酚全部溶解；（2）在步骤（1）处理后的溶液中加入31.2g氢氧化铝，在70^oC下加热反应2.5h，然后，加入盐酸溶液中和，使反应停止，冷却至室温并进行减压脱水至含水量为15%，得到液态混合物；（3）取步骤（2）获得的液态混合物90ml,加入6ml二氯甲烷作为发泡剂，加入11.25ml醋酸作为固化剂，快速搅拌，在60^oC下发泡0.8h熟化后，获得泡沫体；（4）将获得的泡沫体破碎并用100目筛筛分，取通过筛目的物料60g，投料于混合搅拌造粒机中，加入5g的聚乙烯醇，旋转造球；（5）将步骤（4）中获得的成型球料放入加热炉中在350^oC炭化0.6h,并在480^oC下活化0.8h，在活化过程中利用水蒸气做为活化剂，即可制得水处理用复合陶瓷球。

按照上述方法制备的水处理用复合陶瓷球的碘吸附值290.5mg/g,平均孔径为2.58nm。

实施例3

本实施例水处理用复合陶瓷球的制备方法，包括如下步骤：（1）计量称取苯酚94.11g，质量百分浓度为35%的甲醛水溶液171.6g，将两者混合，在80^oC下加热并搅拌，使得苯酚全部溶解；（2）在步骤（1）处理后的溶液中加入39g氢氧化铝，在80^oC下加热反应2.8h，然后，加入醋酸溶液中和，使反应停止，冷却至室温并进行减压脱水至含水量为16%，得到液态混合物；（3）取步骤（2）获得的液态混合物120ml,加入12ml二氯甲烷作为发泡剂，加入20ml硫酸作为固化剂，快速搅拌，在70^oC下发泡1h熟化后，获得泡沫体；（4）将获得的泡沫体破碎并用120目筛筛分，取通过筛目的物料90g，投料于混合搅拌造粒机中，加入6g的淀粉，旋转造球；（5）将步骤（4）中获得的成型球料放入加热炉中在400^oC炭化0.8h,并在550^oC下活化1.2h，在活化过程中利用水蒸气做为活化剂，即可制得水处理用复合陶瓷球。

按照上述方法制备的水处理用复合陶瓷球的碘吸附值310.8mg/g,平均孔径为3.65nm。

实施例4

本实施例水处理用复合陶瓷球的制备方法，包括如下步骤：（1）计量称取苯酚94.11g，质量百分浓度为39%的甲醛水溶液192.5g，将两者混合，在85^oC下加热并搅拌，使得苯酚全部溶解；（2）在步骤（1）处理后的溶液中加入54.6g氢氧化铝，在85^oC下加热反应3.2h，然后，加入硫酸溶液中和，使反应停止，冷却至室温并进行减压脱水至含水量为22%，得到液态混合物；（3）取步骤（2）获得的液态混合物140ml,加入28ml二氯甲烷作为发泡剂，加入28ml硫酸作为固化剂，快速搅拌，在80^oC下发泡1.5h熟化后，获得泡沫体；（4）将获得的泡沫体破碎并用140目筛筛分，取通过筛目的物料100g，投料于混合搅拌造粒机中，加入6.25g的羧甲基纤维素，旋转造球；（5）将步骤（4）中获得的成型球料放入加热炉中在450^oC炭化1h,并在650^oC下活化1.5h，在活化过程中利用水蒸气做为活化剂，即可制得水处理用复合陶瓷球。

按照上述方法制备的水处理用复合陶瓷球的碘吸附值330.5mg/g,平均孔径为3.47nm。

实施例5

本实施例水处理用复合陶瓷球的制备方法，包括如下步骤：（1）计量称取苯酚94.11g，质量百分浓度为40%的甲醛水溶液225.225g，将两者混合，在90^oC下加热并搅拌，使得苯酚全部溶解；（2）在步骤（1）处理后的溶液中加入78g氢氧化铝，在90^oC下加热反应4h，然后，加入盐酸溶液中和，使反应停止，冷却至室温并进行减压脱水至含水量为30%，得到液态混合物；（3）取步骤（2）获得的液态混合物120ml,加入30ml二氯甲烷作为发泡剂，加入40ml硫酸作为固化剂，快速搅拌，在90^oC下发泡2h熟化后，获得泡沫体；（4）将获得的泡沫体破碎并用150目筛筛分，取通过筛目的物料100g，投料于混合搅拌造粒机中，加入5g的羧甲基纤维素，旋转造球；（5）将步骤（4）中获得的成型球料放入加热炉中在500^oC炭化1h,并在700^oC下活化2h，在活化过程中利用水蒸气做为活化剂，即可制得水处理用复合陶瓷球。

按照上述方法制备的水处理用复合陶瓷球的碘吸附值342.7mg/g,平均孔径为4.26 nm。

实施例6

本实施例水处理用复合陶瓷球的制备方法，包括如下步骤：（1）计量称取苯酚100.3g，37%甲醛溶液195.6g，将两者混合，在80^oC下搅拌，使得苯酚全部溶解；（2）在步骤（1）处理后的溶液中加入35.4g的氢氧化铝，在80^oC下加热反应2h，加入硫酸溶液中和使反应停止，冷却至室温并进行减压脱水至含水量为20%；（3）取步骤（2）获得的液态混合物80ml,在其中加入8ml的二氯甲烷作为发泡剂，加入12ml的硫酸作为固化剂，快速搅拌，在80^oC下发泡并熟化一段时间，获得泡沫体；（4）将获得的泡沫体破碎并用100目筛筛分，取通过筛目的物料40g，投料于混合搅拌造粒机中，加入4g的羧甲基纤维素，旋转造球；（5）将步骤（4）中获得的成型球料放入加热炉中在400^oC炭化1h,在600^oC下活化1h并在该过程中利用水蒸气做为活化剂，即可得到所述的水处理用复合陶瓷球，测试其性能为碘吸附值463.2mg/g,平均孔径为3.86nm。

实施例7

本实施例水处理用复合陶瓷球的制备方法，包括如下步骤：（1）计量称取苯酚100.3g，37%甲醛溶液195.6g，将两者混合，在80^oC下搅拌，使得苯酚全部溶解；（2）在步骤（1）处理后的溶液中加入35.4g的氢氧化铝，在80^oC下加热反应2h，加入硫酸溶液中和使反应停止，冷却至室温并进行减压脱水至含水量20%；（3）取步骤（2）获得的液态混合物80ml,在其中加入8ml的二氯甲烷作为发泡剂，加入12ml的硫酸作为固化剂，快速搅拌，在80^oC下发泡并熟化一段时间，获得泡沫体；（4）将获得的泡沫体破碎并用100目筛筛分，取通过筛目的物料40g，投料于混合搅拌造粒机中，加入4g的聚乙烯醇，旋转造球；（5）将步骤（4）中获得的成型球料放入加热炉中在430^oC炭化1h,在600^oC下活化1h并在该过程中利用水蒸气做为活化剂，即可得到所述的水处理用复合陶瓷球，测试其性能为碘吸附值383.4mg/g,平均孔径为4.13nm。

实施例8

本实施例水处理用复合陶瓷球的制备方法，包括如下步骤：（1）计量称取苯酚100.3g，37%甲醛溶液195.6g，将两者混合，在80^oC下搅拌，使得苯酚全部溶解；（2）在步骤（1）处理后的溶液中加入35.4g的氢氧化铝，在80^oC下加热反应2h，加入硫酸溶液中和使反应停止，冷却至室温并进行减压脱水至含水量20%；（3）取步骤（2）获得的液态混合物80ml,在其中加入16ml的二氯甲烷作为发泡剂，加入12ml的硫酸作为固化剂，快速搅拌，在80^oC下发泡并熟化一段时间，获得泡沫体；（4）将获得的泡沫体破碎并用100目筛筛分，取通过筛目的物料40g，投料于混合搅拌造粒机中，加入4g的淀粉，旋转造球；（5）将步骤（4）中获得的成型球料放入加热炉中在400^oC炭化1h,在600^oC下活化1h并在该过程中利用水蒸气做为活化剂，即可得到所述的水处理用复合陶瓷球，测试其性能为碘吸附值352.6mg/g,平均孔径为4.62nm。

实施例9

本实施例水处理用复合陶瓷球的制备方法，包括如下步骤：（1）计量称取苯酚100.3g，37%甲醛溶液195.6g，将两者混合，在80^oC下搅拌，使得苯酚全部溶解；（2）在步骤（1）处理后的溶液中加入35.4g的氢氧化铝，在80^oC下加热反应2h，加入一定量的硫酸溶液中和使反应停止，冷却至室温并进行减压脱水至含水量20%；（3）取步骤（2）获得的液态混合物80ml,在其中加入8ml的二氯甲烷作为发泡剂，加入12ml的硫酸作为固化剂，快速搅拌，在90^oC下发泡并熟化一段时间，获得泡沫体；（4）将获得的泡沫体破碎并用100目筛筛分，取通过筛目的物料40g，投料于混合搅拌造粒机中，加入4g的羧甲基纤维素，旋转造球；（5）将步骤（4）中获得的成型球料放入加热炉中在400^oC炭化1h,在600^oC下活化1h并在该过程中利用水蒸气做为活化剂，即可得到所述的水处理用复合陶瓷球，测试其性能为碘吸附值410.9mg/g,平均孔径为5.27nm。

实施例10

本实施例水处理用复合陶瓷球的制备方法，包括如下步骤：（1）计量称取苯酚100.3g，37%甲醛溶液195.6g，将两者混合，在80^oC下搅拌，使得苯酚全部溶解；（2）在步骤（1）处理后的溶液中加入35.4g的氢氧化铝，在80^oC下加热反应2h，加入一定量的硫酸溶液中和使反应停止，冷却至室温并进行减压脱水至含水量20%；（3）取步骤（2）获得的液态混合物80ml,在其中加入8ml的二氯甲烷作为发泡剂，加入12ml的硫酸作为固化剂，快速搅拌，在80^oC下发泡并熟化一段时间，获得泡沫体；（4）将获得的泡沫体破碎并用100目筛筛分，取通过筛目的物料40g，投料于混合搅拌造粒机中，加入4g的淀粉，旋转造球；（5）将步骤（4）中获得的成型球料放入加热炉中在400^oC炭化1h,在500^oC下活化1h并在该过程中利用水蒸气做为活化剂，即可得到所述的水处理用复合陶瓷球，测试其性能为碘吸附值295.1mg/g,平均孔径为2.52nm。

Claims

1.一种水处理用复合陶瓷球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将苯酚和甲醛水溶液混合，苯酚与甲醛的摩尔比为1：1~1：3，加热并搅拌，使苯酚全部溶解；（2）在所述步骤（1）处理后的溶液中加入氢氧化铝进行反应，所加氢氧化铝与苯酚的摩尔比0.3：1~1：1，然后，加入酸性溶液中和，使反应停止，冷却至室温并进行减压脱水，得到液态混合物；（3）在步骤（2）所得的液态混合物中加入发泡剂和固化剂，搅拌，发泡并熟化，获得泡沫体；（4）将获得的泡沫体破碎，并用80~150目筛筛分，然后取通过筛目的物料，并将该物料投入造粒机中，同时加入粘结剂，旋转造球；（5）将成型后的球料放入加热炉中炭化并活化，即可得到活性炭和氧化铝复合材料组成的水处理用复合陶瓷球。

2.根据权利要求1所述的水处理用复合陶瓷球的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，甲醛水溶液的质量百分浓度为30~40%，加热温度为60~90℃。

3.根据权利要求1所述的水处理用复合陶瓷球的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，加入氢氧化铝进行反应时在60~90℃的温度中反应2~4小时；所加的酸性溶液为盐酸、醋酸或硫酸中的一种；减压脱水至含水量为10~30%。

4.根据权利要求1所述的水处理用复合陶瓷球的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，发泡剂为二氯甲烷，其用量与液态混合物的体积比为1：20~1：4；所述固化剂为盐酸、醋酸或硫酸中的一种，其用量与液态混合物的体积比为1：10~1：3；所述发泡温度为50~90℃，发泡时间为0.5 ~2小时。

5.根据权利要求1所述的水处理用复合陶瓷球的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中，粘结剂为羧甲基纤维素、聚乙烯醇或淀粉，其与筛分后泡沫体物料的质量比为1：10~1：20。

6.根据权利要求1-5任一所述的水处理用复合陶瓷球的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中，炭化温度为300~500℃，炭化时间为0.5~1h；活化温度为450~700℃，活化时间为0.5~2h，并利用水蒸气做为活化剂。

7.一种按照权利要求6所述的水处理用复合陶瓷球的制备方法制得的水处理用复合陶瓷球，其特征在于：所述水处理用复合陶瓷球的碘吸附值为295.1-463.2mg/g，平均孔径为2.52-5.27nm。