CN104801288B - 一种用以移除重金属新型吸附柱及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用以移除重金属新型吸附柱及其制备方法，将回收的废弃海藻酸钠凝胶与环保树脂结合，形成人造石材，进一步制备成吸附柱。吸附柱本身具有吸附重金属离子的作用，同时由顶盖，条状笼身以及底板形成具有一定空间的吸附柱内可以填充除重金属离子的其他吸附凝胶囊材，解决了完成重金属吸附作业后的凝胶囊材无法回收的问题。吸附柱的紧固圈部件用来固定吸附柱柱身，防止吸附柱散架。当吸附柱在吸附作业过程中发生破损后，可回收、再重新研磨制样，达到循环利用的目的。该用以移除重金属新型吸附柱具有机械强度高，耐污染性好和耐酸碱腐蚀等优越性能，且从根本上避免了二次污染，具有很高的商业利用价值。
Description
技术领域
本发明属于污水污泥处理技术领域，尤其涉及一种用以移除重金属新型吸附柱及其制备方法。
背景技术
我国工业制造业的迅猛发展，一方面促进了国民经济的增长，另一方面也带来了大量的工业废水，这些废水中一般含有大量的化学有毒元素、重金属离子等，造成环境污染，并影响着人类的身体健康。常用的污水污泥中重金属捕捉方式主要有两种。
（1）使用重金属捕捉剂。
重金属捕捉剂是一种与重金属离子强力螯合的试剂，与污水污泥中各种重金属离子发生反应，迅速生成易过滤去除的絮状沉淀，达到从污水中去除重金属离子的目的。该方法操作简易，但是成本高、效果不显著，同时也产生了大量、难处理的含有重金属的污泥。
（2）使用吸附剂。
目前应用于工业废水处理的吸附剂主要有活性炭、生物吸附剂。这些吸附剂的吸附能力较强，可用于大多数重金属离子、有机分子的除去，但是成本昂贵、工艺操作及管理复杂，尤其是在完成吸附作业后这些吸附材料难以回收，产生大量含有重金属的污泥，其后的处理也十分困难。
上述两个方法都存在吸附材料难回收，在处理废水的过程中又产生了含重金属的污泥。这些污泥含水量高、易腐烂，有强烈的臭味，并且含有寄生虫卵、病原微生物及重金属等，即上述处理污水的方法会带来重金属、二噁英等二次污染问题。
因此，为了避免在处理废水过程中吸附材料回收难、二次污染的问题，应该配有专门的装置将上述吸附材料固定起来。但是一般的吸附设备放在组成复杂的污水污泥中，存在易腐蚀、机械性能变差、易老化变形、制作过程复杂、成本高昂等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用以移除重金属新型吸附柱及其制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种用以移除重金属新型吸附柱的制备方法，包括如下步骤：
1) 将5~10质量份的回收的生物凝胶材料进行研磨、粉碎；
2) 将20~48质量份的环保树脂放入洁净的搅拌桶中，在900~1500rpm的转速下搅拌5~10min，保持搅拌速率不变，加入上述研磨后的海藻酸钠凝胶材料，继续搅拌10~15min，保持搅拌速率不变，加入与20~48质量份的复合粉，继续搅拌15~20min，保持搅拌速率不变，加入0.1~1质量份的色浆和0.1~1质量份的促进剂，继续搅拌5~10min，保持搅拌速率不变，加入0.1~1质量份的固化剂，继续搅拌5~10min，形成混合原料；
3) 打开吸附柱各个部件对应的模具，将玻璃纤维放置在各模具内，玻璃纤维与各模具内表面完全贴合；
4) 将上述混合原料快速倒入上述内置玻璃纤维的各个模具中，常温固化30~40min，得到相应的坯料；
5) 将坯料放入烤箱中，在100℃~120℃的温度下，烘烤2h，然后进行打磨处理；
6) 将处理后的各个坯料通过粘结剂组装在一起，形成人造石材吸附柱。
优选的，所述环保树脂与复合粉的质量比为 3:1~1:1。
优选的，所述回收的生物凝胶材料的主要成分为海藻酸钠。
优选的，所述环保树脂包括苯酐、顺酐、甘油、二甘醇、乙二醇、苯甲酸、苯乙烯中的至少一种。
优选的，所述复合粉的主要成分为碳酸钙。
优选的，所述促进剂包括异辛酸钴、萘酸铜、苯乙烯中的至少一种。
优选的，所述固化剂为过氧化苯甲酰。
进一步的，一种用以移除重金属新型吸附柱，其特征在于：所述吸附柱采用上述任一项所述的制备方法生产而成，其包括悬挂轴，顶盖，紧固圈，笼身和底板，其中所述笼身具有条状结构；其中所述悬挂轴贯穿所述笼身，并与所述顶盖、底板粘结；其中所述笼身的条状结构的一端与所述顶盖的外圆周粘结，另一端与所述底板的外圆周粘结。
进一步的，所述紧固圈包括上紧固圈和中紧固圈。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种用以移除重金属新型吸附柱的制备方法，将回收的生物凝胶材料与高分子材料结合，形成人造石材，进一步制备成吸附柱。一、吸附柱本身具有吸附重金属离子的作用；二、吸附柱内可以填充除重金属离子的其他吸附凝胶囊材，且不影响该吸附凝胶囊材的吸附性能，同时由悬挂轴、顶盖、条状笼身以及底板形成的空间可防止填充在所述吸附柱内的除重金属凝胶囊材掉出，解决了完成重金属吸附作业后的凝胶囊材无法回收的问题；三、吸附柱的紧固圈部件包括上紧固圈和中紧固圈，用来固定吸附柱柱身，防止吸附柱散架，因此当吸附柱在吸附作业过程中发生破损后，可回收、再重新研磨制样，达到循环利用的目的。综上所述，本发明提供的用以移除重金属新型吸附柱从根本上避免了二次污染，具有很高的商业利用价值。
本发明提供的用以移除重金属新型吸附柱，所用原料来源丰富，成本低，特别是海藻酸钠凝胶，其来源于回收的重金属吸附凝胶。本发明制备工艺简单，所得用以移除重金属新型吸附柱具有机械强度高，耐磨性好，耐污染性好和耐酸碱腐蚀等优越性能。
附图说明
图1为本发明用以移除重金属新型吸附柱的结构示意图。
图2为本发明顶盖的结构示意图。
图3为本发明底板的结构示意图。
图中：1—悬挂轴；2—顶盖；3—紧固圈；31—上紧固圈；32—中紧固圈；4—笼身；
5—底板。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种用以移除重金属新型吸附柱的制备方法，包括如下步骤：
1) 将5~10质量份的回收的生物凝胶材料进行粉碎、研磨；
2) 将20~48质量份的环保树脂放入洁净的搅拌桶中，在900~1500rpm的转速下搅拌5~10min，保持搅拌速率不变，加入上述研磨后的海藻酸钠凝胶材料，继续搅拌10~15min，保持搅拌速率不变，加入与20~48质量份的复合粉，继续搅拌15~20min，保持搅拌速率不变，加入0.1~1质量份的色浆和0.1~1质量份的促进剂，继续搅拌5~10min，保持搅拌速率不变，加入0.1~1质量份的固化剂，继续搅拌5~10min，形成混合原料；
3) 打开吸附柱各个部件对应的模具，将玻璃纤维放置在各模具内，玻璃纤维的形状尺寸与各模具内表面形状尺寸相同，玻璃纤维与各模具内表面完全贴合；
4) 将上述混合原料快速倒入上述内置玻璃纤维的各个模具中，常温固化30~40min，得到相应坯料；
5) 将坯料放入烤箱中，在100℃~120℃的温度下，烘烤2h，然后置于进行打磨处理；
6) 将上述处理后的各个坯料通过粘结剂组装在一起，形成人造石材吸附柱。
优选的，所述环保树脂与复合粉的质量比为3:1~1:1。
优选的，所述回收的生物凝胶材料的主要成分为海藻酸钠。
优选的，所述环保树脂包括苯酐、顺酐、甘油、二甘醇、乙二醇、苯甲酸、苯乙烯中的至少一种。
优选的，所述复合粉的主要成分为碳酸钙。
高速搅拌、真空条件下进行常温固化和真空条件下打磨都可以避免用以移除重金属新型吸附柱在生产制造过程中夹杂气泡。
藻酸钠是一种高粘性的高分子化合物。它具有羧基，在液体树脂中、高速搅拌条件下，能够与复合粉中的铝、钡、钙、铜、铁、铅、锌、镍等金属盐中的金属离子发生离子交换，生成不溶性的藻酸盐。同时，复合粉中的金属原子或离子与液体树脂中含有两个或连两个以上配位原子的配位体作用，可以生产螯合基团，螯合基团可以络合体系中的二价离子，使得海藻酸钠能稳定于体系中。
苯酐主要用于生产醇酸树脂、聚酯树脂和制造增塑剂等，苯酐和醇反应能够迅速生成单脂，但生产二脂速度较慢，需要在高温度或催化剂存在的条件下才能进行。甘油、二甘醇和乙二醇均是多元醇、分子中含有羟基，因此反应活性比较高，当反应后期，反应速度变慢，为使酯化反应完全，酯化后期必须提高温度。
聚酯树脂制备过程中存在缩聚反应，而缩聚反应开始时体系内单体很快消失，通过酯化反应生产聚合度不等的分子，这些多聚体端官能团的反应能力与分子量大小无关，通过反复缩合反应，逐步增长为大分子聚酯。因此，聚酯树脂的制备过程中酸醇比是反应的重要因素之一，当酸醇比为1:0.7~1:1.2时，经缩聚反应得到的聚酯分子量在2000至2200之间。
还可以将树脂与纯合金元素结合形成合金树脂，例如钛合金树脂。钛合金具有强度高、密度小，机械性能、韧性和抗蚀性能高的优良特性，将树脂与钛合金结合形成钛合金树脂能够进一步提高吸附柱的机械性能和耐腐蚀性能。
苯乙烯对固化后的产品性能起着举足轻重的作用，第一，树脂的抗张强度随着苯乙烯含量的增加而增大，直到最大值，然后开始下降，也就是说，加入适量的苯乙烯可使其抗张强度达到最大值；第二，在苯乙烯用量允许的范围内，适当地增加苯乙烯的量对机械性能是有利的。这是因为固化物即可交联完全。又有利于提高机械性能，降低收缩率，减小树脂的粘度，便于使用；第三，苯乙烯做为交联剂的聚酯，随着苯乙烯含量的增加，提高了交联密度，能够有效提高固化为的耐化学性能。对于本发明的石材吸附柱，苯乙烯含量在15%~20%左右为最佳。
苯甲酸在酸性条件下，对霉菌、酵母和细菌均有抑制作用，抑菌的最适pH值为2.5～4.0，一般以低于pH值4.5～5.0为宜。同时苯甲酸也具有羧酸的性质，能够发生两大类化学反应，一是苯环上的取代反应，二是羧基的反应。因此，一方面，苯甲酸能够与碱土金属或过渡元素的金属碱性化合物反应生成的盐，比生产苯甲酸钙、苯甲酸锌、苯甲酸铜等；另一方面，甲酸能够与二甘醇、三甘醇、二丙二醇反应分别生成重要的常见的树脂增塑剂。
连接各部件的粘结剂可以选用具有耐腐蚀性能的高强度粘结剂。可选择范围较广，包括：（1）有机类粘结剂：焦油、沥青、腐植酸钠类粘结剂，生物粘结剂，工业废料粘结剂如甘油残泥等；（2）高分子聚合物粘结剂：聚乙烯醇、聚丙烯醇、聚酚胺、酚醛树脂等高分子聚合物；（3）复合型粘结剂，由上述多种粘结剂复合而成。
下面结合实施例，进一步阐述本发明内容。
实施例1
环保树脂包括以下组分：25%的苯酐，20%的顺酐，15%的甘油，10%的二甘醇，10%的乙二醇，2%的苯甲酸，18%的苯乙烯。
用以移除重金属新型吸附柱的制备方法包括以下步骤：
1) 将6质量份的海藻酸钠凝胶材料进行粉碎、研磨；
2) 将26质量份的环保树脂放入洁净的搅拌桶中，在1000rpm的转速下搅拌5min，保持搅拌速率不变，加入上述研磨粉碎后的海藻酸钠凝胶材料，继续搅拌10min，保持搅拌速率不变，加入与25质量份的碳酸钙，继续搅拌15min，保持搅拌速率不变，加入0.24质量份的色浆和0.24质量份的异辛酸钴，继续搅拌5min，保持搅拌速率不变，加入0.30质量份的过氧化甲乙酮，继续搅拌5min，形成混合原料；
3) 打开吸附柱各个部件对应的模具，将玻璃纤维进行裁剪，使其形状尺寸与各模具内表面形状尺寸相同，将玻璃纤维放置在各模具内，使玻璃纤维与各模具内表面完全贴合；
4) 将上述混合原料快速倒入上述内置玻璃纤维的各个模具中，合模，在真空条件下，常温固化30min，得到相应的坯料；
5) 将坯料放入烤箱中，在100℃的温度下，烘烤2h，然后置于真空机中进行打磨处理；
6) 将处理后的各个坯料通过酚醛树脂粘结剂组装在一起，形成用以移除重金属新型吸附柱1#。
实施例2
环保树脂包括以下组分：25%的苯酐，20%的顺酐，15%的甘油，10%的二甘醇，10%的乙二醇，2%的苯甲酸，18%的苯乙烯。
一种用以移除重金属新型吸附柱的制备方法包括以下步骤：
1) 将10质量份的海藻酸钠凝胶材料进行粉碎、研磨；
2) 将46质量份的环保树脂放入洁净的搅拌桶中，在1000rpm的转速下搅拌10min，保持搅拌速率不变，加入上述研磨粉碎后的海藻酸钠凝胶材料，继续搅拌10min，保持搅拌速率不变，加入与45质量份的碳酸钙，继续搅拌20min，保持搅拌速率不变，加入0.4质量份的色浆和0.4质量份的萘酸铜，继续搅拌10min，保持搅拌速率不变，加入0.45质量份的过氧化甲乙酮，继续搅拌5min，形成混合原料；
3) 打开吸附柱各个部件对应的模具，将玻璃纤维进行裁剪，使其形状尺寸与各模具内表面形状尺寸相同，将玻璃纤维放置在各模具内，使玻璃纤维与各模具内表面完全贴合；
4) 将上述混合原料快速倒入上述内置玻璃纤维的各个模具中，合模，在真空条件下，常温固化35min，得到相应的坯料；
5) 将坯料放入烤箱中，在100℃的温度下，烘烤2h，然后置于真空机中进行打磨处理；
6) 将上述处理后的各个坯料通过酚醛树脂粘结剂组装在一起，形成一种用以移除重金属新型吸附柱2#。
实施例3
环保树脂包括以下组分：25%的苯酐，20%的顺酐，15%的甘油，10%的二甘醇，10%的乙二醇，2%的苯甲酸，18%的苯乙烯。
一种用以移除重金属新型吸附柱的制备方法包括以下步骤：
1) 将8质量份的海藻酸钠凝胶材料进行粉碎、研磨；
2) 将36质量份的环保树脂放入洁净的搅拌桶中，在1000rpm的转速下搅拌5min，保持搅拌速率不变，加入上述研磨粉碎后的海藻酸钠凝胶材料，继续搅拌10min，保持搅拌速率不变，加入与36质量份的碳酸钙，继续搅拌15min，保持搅拌速率不变，加入0.32质量份的色浆和0.32质量份的苯乙烯，继续搅拌5min，保持搅拌速率不变，加入0.38质量份的固化剂，继续搅拌5min，形成混合原料；
3) 打开吸附柱各个部件对应的模具，将玻璃纤维进行裁剪，使其形状尺寸与各模具内表面形状尺寸相同，将玻璃纤维放置在各模具内，使玻璃纤维与各模具内表面完全贴合；
4) 将上述混合原料快速倒入上述内置玻璃纤维的各个模具中，合模，在真空条件下，常温固化30min，得到相应的坯料；
5) 将坯料放入烤箱中，在100℃的温度下，烘烤2h，然后置于真空机中进行打磨处理；
6) 将上述处理后的各个坯料通过酚醛树脂粘结剂组装在一起，用以移除重金属新型吸附柱3#。
实施例4
采用本发明任一项所述的制备方法生产而成的一种用以移除重金属新型吸附柱，包括悬挂轴1，顶盖2，紧固圈3，笼身4和底板5，所述笼身4具有条状结构。所述紧固圈3包括上紧固圈31和中紧固圈32。
悬挂轴1与顶盖2和底板5相粘结，并沿着中心轴线方向贯穿吸附柱笼身4。悬挂轴1可以设计为实心轴也可以设计为空心轴。笼身4的条状结构可以均匀分布，也可以非均匀分布，条状结构之间的间隙可以根据填充的吸附剂的性质和尺寸进行调节。
由顶盖2，条状笼身4以及底板5形成的空间可防止填充在所述吸附柱内的除重金属凝胶囊材掉出。吸附柱的紧固圈部件3包括上紧固圈31和中紧固圈32，用来固定吸附柱条状笼身4，防止吸附柱散架。
试验例1
使用实验室PH计配置酸碱溶液模拟环境恶劣的污水，验证用以移除重金属新型吸附柱的耐酸碱腐蚀性能：
（1）在每个用以移除重金属新型吸附柱上分别切取4个样品，并进行标记；
（2）用硝酸和蒸馏水配置 PH=2的硝酸溶液500mL；
（3）用氢氧化钠和蒸馏水配置PH=10的氢氧化钠溶液500mL；
（4）将样品分别放入配置好的PH=2酸性溶液和PH=10的碱性溶液中进行浸泡；
（5）取出浸泡后的样品，称取质量、机械性能测试，并观察表明变化，结果如表1、表2和表3所示。
表1为浸泡前样品的性能测试结果。
表2为浸泡24h后样品的性能测试结果。
表3为浸泡48h后样品的性能测试结果。
实验结果说明：浸泡前后测试样品的质量和机械性能均没有无明显变化，且样品外观颜色均匀一致没有明显变化，因此本发明制备的用以移除重金属新型吸附柱具有机械强度高，耐污染性好和耐酸碱腐蚀等优越性能。
Claims (7)
1.一种用以移除重金属新型吸附柱的制备方法，包括如下步骤：
1)将5～10质量份的海藻酸钠凝胶材料进行粉碎、研磨；
2)将20～48质量份的环保树脂放入洁净的搅拌桶中，在900～1500rpm的转速下搅拌5～10min，保持搅拌速率不变，加入上述研磨后的海藻酸钠凝胶材料，继续搅拌10～15min，保持搅拌速率不变，加入20～48质量份的复合粉，继续搅拌15～20min，保持搅拌速率不变，加入0.1～1质量份的色浆和0.1～1质量份的促进剂，继续搅拌5～10min，保持搅拌速率不变，加入0.1～1质量份的固化剂，继续搅拌5～10min，形成混合原料；所述复合粉的主要成分为碳酸钙，并含有金属离子铝、钡、钙、铜、铁、铅、锌、镍；所述促进剂包括异辛酸钴、萘酸铜、苯乙烯中的至少一种；
3)打开吸附柱各个部件对应的模具，将玻璃纤维放置在各模具内，玻璃纤维与各模具内表面完全贴合；
4)将上述混合原料快速倒入上述内置玻璃纤维的各个模具中，常温固化30～40min，得到相应的坯料；
5)将坯料放入烤箱中，在100℃～120℃的温度下，烘烤2h，然后进行打磨处理；
6)将处理后的各个坯料通过粘结剂组装在一起，形成人造石材吸附柱。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述环保树脂与复合粉的质量比为3:1～1:1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述环保树脂包括苯酐、顺酐、甘油、二甘醇、乙二醇、苯甲酸、苯乙烯中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述环保树脂包括15％～30％的苯酐，15％～30％的顺酐，5％～20％的甘油，5％～20％的二甘醇，5％～15％的乙二醇，小于等于10％的苯甲酸和5％～20％的苯乙烯。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述固化剂为过氧化苯甲酰。
6.一种用以移除重金属新型吸附柱，其特征在于：所述吸附柱采用权利要求1～5任一项所述的制备方法生产而成，其包括悬挂轴(1)，顶盖(2)，紧固圈(3)，笼身(4)和底板(5)，其中所述笼身(4)具有条状结构；其中所述悬挂轴(1)贯穿所述笼身(4)，并与所述顶盖(2)、底板(5)粘结；其中所述笼身(4)的条状结构的一端与所述顶盖(2)的外圆周粘结，另一端与所述底板(5)的外圆周粘结。
7.根据权利要求6所述的用以移除重金属新型吸附柱，其特征在于：所述紧固圈(3)包括上紧固圈(31)和中紧固圈(32)。
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| PB01 | Publication | ||
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Address after: 433000 Xiantao economic and Technological Development Zone, Hubei, Wuhan Chemical Industrial Park Applicant after: Hubei silicon Energy Saving Technology Co., Ltd. Address before: 433000 Xiantao economic and Technological Development Zone, Hubei, Wuhan Chemical Industrial Park Applicant before: HUBEI GUIJINNING HEALTH STONE MATERIAL CO., LTD. |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Tianfu Inventor after: Wang Haibo Inventor after: Li Jiyuan Inventor after: Wang Zhongyuan Inventor after: Li Huazhang Inventor after: Qin Xiaojuan Inventor before: Wang Haibo Inventor before: Li Jiyuan Inventor before: Wang Zhongyuan Inventor before: Li Huazhang Inventor before: Qin Xiaojuan |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20181205 Address after: 045200 Longchuan Industrial Park, Pingding County, Yangquan City, Shanxi Province Patentee after: Shanxi Yangzhong New Material Co., Ltd. Address before: 518052 Room 201, building A, No. 1, Qian Wan Road, Qianhai Shenzhen Hong Kong cooperation zone, Shenzhen, Guangdong (Shenzhen Qianhai business secretary Co., Ltd.) Patentee before: SHENZHEN AEROGEL TECHNOLOGY CO., LTD. |