CN104826577B - 用于阴离子染料废水处理的改性矿渣吸附剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环境材料的技术领域，公开了一种用于阴离子染料废水处理的改性矿渣吸附剂及其制备方法。所述改性矿渣吸附剂，通过以下方法制备得到：将矿渣清洗，烘干，粉碎，过筛；将氯化钠配成氯化钠溶液，再将盐酸与氯化钠溶液混合，得到混合液；将混合液缓慢加入到矿渣中，搅拌反应，静置，烘干，研磨，得到改性矿渣吸附剂。本发明的制备方法简单，原料来源丰富，价格低廉，实现了废物再利用；经过改性后，矿渣的微孔增加，比表面积增大，吸附剂的吸附能力得到进一步增强；并且本发明的吸附剂对阴离子染料废水处理效果好，平衡吸附量大，特别是对酸性绿27的吸附效果好。
Description
技术领域
本发明属于环境材料的技术领域，具体涉及一种用于阴离子染料废水处理的改性矿渣吸附剂及其制备方法。
背景技术
随着工业的迅速发展，特别是纺织印染行业的发展，工业废水越来越多，废水的处理难度系数也越来越大。在纺织印染行业中，染料废水含多种难降解的有机物，该有机物大部分为芳香化合物，并带有显色基团，具有很强的污染性。染料废水多呈酸性直接影响水体的pH值，并且染料废水的污染物组分复杂、含量高，色度、化学需氧量以及生物需氧量较高，染料废水处理难度较大。
目前，处理染料废水的方法有光催化氧化降解、电化学、膜分离技术、吸附法等等。其中光催化氧化降解，电化学方法以及膜分离技术虽然对染料废水的处理效果较好，而且去除率较稳定，但其操作较复杂，处理成本较高，不易在工业的废水处理中得到广泛地普及。而吸附方法由于具有操作简单，处理效率较高、成本相对较低等特点被大量采用。
矿渣是高炉冶炼生铁时所排出的工业废渣，但是钢铁工业不断的发展带来大量的矿渣排放，如果不对其综合利用，这些堆积的废渣会污染环境，影响作物生长，甚至是危害人类健康。因此，寻找高效、低成本、快速、安全的吸附材料应用于废水处理具有十分重要的现实意义。
发明内容
为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种用于阴离子染料废水处理的改性矿渣吸附剂。
本发明的另一目的在于提供上述改性矿渣吸附剂的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述改性矿渣吸附剂的应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种用于阴离子染料废水处理的改性矿渣吸附剂，是由盐酸、氯化钠、矿渣制备得到。
用于阴离子染料废水处理的改性矿渣吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)矿渣预处理：将矿渣用水清洗，烘干，粉碎，过筛，备用；
(2)溶液的配制：将氯化钠配成氯化钠溶液，再将盐酸与氯化钠溶液混合，得到混合液；
(3)改性矿渣：将步骤(2)中的混合液缓慢加入到步骤(1)中的矿渣中，搅拌反应，静置，烘干，研磨，得到改性矿渣吸附剂。
步骤(1)中所述烘干温度为80～120℃，所述烘干时间为2～5h。
步骤(2)中所述混合液中盐酸的浓度为2.5～6mol/L，氯化钠的浓度为0.1mol/L。
步骤(3)中所述混合液与矿渣的体积质量比为(80～100)mL：30g。
步骤(3)中所述搅拌的转速为300～800r/min；所述搅拌反应的时间为1～5h，所述静置时间为12～24h，所述烘干的温度为80～120℃，所述烘干时间为2～3h。
本发明所制备的改性矿渣吸附剂用于处理阴离子染料废水，特别是酸性绿27。
所述应用，具体步骤为：调节含阴离子染料的溶液pH，加入改性矿渣吸附剂，搅拌吸附，过滤分离，滤液调至中性，排放，滤渣用于制备彩砖、彩石或彩砂。
所述阴离子染料溶液的浓度为300mg/L；所述改性矿渣吸附剂的质量(g)与阴离子染料溶液的体积(mL)比为(0.02～0.08)g：10mL；所述搅拌吸附的时间为4～120min，；所述搅拌的转速为200～1000r/min。
所述pH为4～10，优选pH为6。
矿渣是一种多孔质硅酸盐材料，它具有疏松的不规则架状结构，具有较大的比表面积，对极性有机物有一定的吸附能力，通过对矿渣进行改性，使其表面负载阴、阳离子,从而增强其吸附能力；将矿渣进行研磨造粒,使其表面增加微孔，增大吸附表面积和体积，使其变成具有一定微孔结构和强度的颗粒。
本发明以盐酸和氯化钠为改性剂，以矿渣为骨架，通过无机改性处理矿渣，得到吸附效率高、成本费用低的吸附材料，该材料具有高效、吸附平衡时间短、吸附量大的特点。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
1、本发明的吸附剂以矿渣为原料，以盐酸和氯化钠为改性剂，本发明的制备方法简单，原料来源丰富，价格低廉，实现了废物再利用；
2、本发明的吸附剂以矿渣为原料，矿渣具有不规则架状结构，对有机物具有一定吸附能力，经过盐酸和氯化钠的改性，矿渣表面负载有离子，增强了吸附剂对染料吸附能力；并且经过改性后，矿渣的微孔增加，比表面积增大，吸附剂的吸附能力得到进一步增强；
3、本发明的吸附剂对阴离子染料废水处理效果好，吸附平衡时间短，平衡吸附量大，特别是对酸性绿27的吸附效果好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种用于阴离子染料废水处理的改性矿渣吸附剂，通过以下方法制备得到：
(1)矿渣预处理：将矿渣用蒸馏水清洗除杂，在100℃下烘干3h，用粉碎机粉碎，用250目筛网过筛，备用；
(2)溶液的配制：将氯化钠配成氯化钠溶液，再将4mol/L盐酸与1mol/L氯化钠溶液混合，得到混合液，所述混合液中盐酸的浓度为3.5mol/L，氯化钠的浓度为0.1mol/L；
(3)改性矿渣：将90mL步骤(2)中的混合液缓慢加入到30g步骤(1)中的矿渣中，搅拌反应2h(搅拌的转速为500r/min)，静置15h，置于100℃干燥箱中烘干2h，研磨，得到改性矿渣吸附剂。
改性前的矿渣比表面积分别为51.3m2/g，改性前的矿渣孔隙率为48.9％；改性后的矿渣比表面积262.7m2/g，改性后孔隙率为60.2％。
该实施例制备的吸附剂处理阴离子染料时，其脱色率为89.03％，平衡吸附量为133.5mg/g。
实施例2
一种用于阴离子染料废水处理的改性矿渣吸附剂，通过以下方法制备得到：
(1)矿渣预处理：将矿渣用蒸馏水清洗除杂，在80℃下烘干5h，用粉碎机粉碎，用250目筛网过筛，备用；
(2)溶液的配制：将氯化钠配成氯化钠溶液，再将8mol/L盐酸与1mol/L氯化钠溶液混合，得到混合液，所述混合液中盐酸的浓度为6mol/L，氯化钠的浓度为0.1mol/L；
(3)改性矿渣：将90mL步骤(2)中的混合液缓慢加入到30g步骤(1)中的矿渣中，搅拌反应1h(转速为500r/min)，静置12h，置于120℃干燥箱中烘干3h，研磨，得到改性矿渣吸附剂。
改性前的矿渣比表面积分别为51.3m2/g，改性前的矿渣孔隙率为48.9％；改性后的矿渣比表面积288.4m2/g，改性后孔隙率为61.6％。
该实施例制备的吸附剂处理阴离子染料时，其脱色率为90.57％，平衡吸附量为135.9mg/g。
实施例3
一种用于阴离子染料废水处理的改性矿渣吸附剂，通过以下方法制备得到：
(1)矿渣预处理：将矿渣用蒸馏水清洗除杂，在120℃下烘干2h，用粉碎机粉碎，用250目筛网过筛，备用；
(2)溶液的配制：将氯化钠配成氯化钠溶液，再将6mol/L盐酸与1mol/L氯化钠溶液混合，得到混合液，所述混合液中盐酸的浓度为2.5mol/L，氯化钠的浓度为0.1mol/L；
(3)改性矿渣：将90mL步骤(2)中的混合液缓慢加入到30g步骤(1)中的矿渣中，搅拌反应5h(搅拌的转速为500r/min)，静置20h，置于80℃干燥箱中烘干3h，研磨，得到改性矿渣吸附剂。
改性前的矿渣比表面积分别为51.3m2/g，改性前的矿渣孔隙率为48.9％；改性后的矿渣比表面积293.1m2/g，改性后孔隙率为58.7％。
该实施例制备的吸附剂处理阴离子染料时，其脱色率为88.84％，平衡吸附量为133.3mg/g。
吸附剂处理阴离子染料废水效果测试：
酸性绿27染料废水的处理：
调节含阴离子染料的溶液的pH为6，向10mL溶液中加入改性矿渣吸附剂，搅拌吸附，分离，滤液调至中性，排放，滤渣用于制备透水砖。
(1)不同改性剂对吸附效果的影响
将调节含阴离子染料的溶液的pH为6，向10mL溶液中加入0.02g不同改性剂改性的矿渣吸附剂(对比例1～3与实施例1只有改性剂不同，其他条件相同)，搅拌吸附(搅拌吸附的时间为60min)，常温静置(静置时间为60min)，离心，测定吸附剂的吸附性能，结果如表2所示：
表2：不同改性对吸附剂吸附效果的影响
(2)搅拌吸附时间对吸附效果的影响
将调节含阴离子染料的溶液的pH为6，向10mL溶液中加入0.02g实施例1制备的改性矿渣吸附剂，搅拌吸附(不同搅拌时间)，静置(静置时间为60min)，离心，测定吸附剂的吸附性能，结果如表3所示：
表3：搅拌吸附时间对吸附剂吸附效果的影响
(3)温度对吸附效果的影响
将调节含阴离子染料的溶液的pH为6，向10mL溶液中加入0.02g实施例1制备的改性矿渣吸附剂，搅拌吸附(搅拌吸附的时间为60min)，于不同温度下静置60min，离心，测定吸附剂的吸附性能，结果如表4所示：
表4：温度对吸附剂吸附效果的影响
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种改性矿渣吸附剂用于处理阴离子染料废水，其特征在于：
所述改性矿渣吸附剂通过以下方法制备得到，包括以下步骤：
(1)矿渣预处理：将矿渣用水清洗，烘干，粉碎，过筛，备用；
(2)溶液的配制：将氯化钠配成氯化钠溶液，再将盐酸与氯化钠溶液混合，得到混合液；
(3)改性矿渣：将步骤(2)中的混合液缓慢加入到步骤(1)中的矿渣中，搅拌反应，静置，烘干，研磨，得到改性矿渣吸附剂；步骤(2)中所述混合液中盐酸的浓度为2.5～6mol/L，氯化钠的浓度为0.1mol/L。
2.根据权利要求1所述改性矿渣吸附剂用于处理阴离子染料废水，其特征在于：步骤(1)中所述烘干温度为80～120℃，所述烘干时间为2～5h。
3.根据权利要求2所述改性矿渣吸附剂用于处理阴离子染料废水，其特征在于：步骤(3)中所述混合液与矿渣的体积质量比为(80～100)mL：30g。
4.根据权利要求1所述改性矿渣吸附剂用于处理阴离子染料废水，其特征在于：步骤(3)中所述搅拌的转速为300～800r/min；所述搅拌反应的时间为1～5h，所述静置时间为12～24h。
5.根据权利要求1所述改性矿渣吸附剂用于处理阴离子染料废水，其特征在于：步骤(3)中所述烘干温度为80～120℃，烘干时间为2～3h。
6.根据权利要求1所述改性矿渣吸附剂用于处理阴离子染料废水，其特征在于：所述阴离子染料为酸性绿27。
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