CN105107457B

CN105107457B - 一种无机粉体材料的制备方法与应用

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Publication number: CN105107457B
Application number: CN201510453857.3A
Authority: CN
Inventors: 郑南峰; 陶静; 方晓亮
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2017-12-15
Anticipated expiration: 2035-07-29
Also published as: CN105107457A

Abstract

一种无机粉体材料的制备方法与应用，涉及环保新材料。将氧化物或/和氧化物前驱体进行第一次研磨后焙烧、水洗、干燥，干燥之后进行第二次研磨即得所述无机粉体材料。所述氧化物可选自CaO、MgO、SiO₂、Fe₃O₄、Fe₂O₃、Al₂O₃等中的至少3种，优选CaO、SiO₂、Fe₂O₃和Al₂O₃的混合物，CaO、SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃的质量比可为13∶5∶1∶1.5；所述氧化物前驱体可选自Ca(OH)₂、CaCO₃、MgCO₃、Mg(OH)₂、Fe(OH)₃、Al(OH)₃等中的至少3种。所述无机粉体材料可在处理工业重金属污水中应用。

Description

一种无机粉体材料的制备方法与应用

技术领域

本发明涉及环保新材料，具体是涉及一种无机粉体材料的制备方法与应用。

背景技术

工业水污染一直是重点防治对象，许多生产和制造行业，例如矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等行业在生产过程中都会产生重金属废水，这些废水严重影响环境安全。重金属元素及其化合物会使蛋白质结构发生改变，影响蛋白质功能，进而影响人体健康。重金属污染物难以治理，它们在水体中积累到一定的量就会对水体生物系统产生严重危害，并可能通过食物链影响到人类的健康。而重金属离子排放到生态系统经其他途径(如土壤)，通过植物进行富集最终流向人体，危害人体健康。随着我国经济高速发展，日益严峻的环境压力迫使生产和制造行业的工业废水必满足排放要求。

目前，处理重金属废水的方法大致可分为三大类：(1)化学法(化学药剂沉淀法和电解法)；(2)物理处理法(活性炭、离子交换树脂等吸附剂和膜分离法)；(3)生物处理法。但是，每种处理方法都存在不足之处。例如，化学法会产生难以处理的絮状污泥，同时化学试剂投量大，容易造成二次污染；物理处理法采用活性炭吸附前需要改性，使得处理成本升高，另外活性炭自身成本和回收成本也限制其应用；使用离子交换树脂或膜分离法投资费用大(离子交换树脂的交换性能随使用次数增加而使其交换性能下降一半或更低，适用于离子成分单一水质)，用量大回收时需投大量化学试剂导致处理成本高；使用生物处理法对重金属离子浓度要求较严格，对水溶液环境要求高，处理周期长。这些缺陷使得现有处理方法在实际应用中存在很大的局限性。

中国专利CN102266746A公开一种人工合成无机晶体吸附材料的制备方法，将10～25wt％的氟硅酸钠、2～20wt％的碳酸钠、30～60wt％的二氧化硅、15～45wt％的氧化镁混合均匀，将该混合物在600～1300℃下通过坩埚煅烧法或内部熔融法烧制6～20h，得到一种分子式为Na(Mg2.5-0.5xNax)(Si₄O₁₀)F₂(0＜X≤1)的膨胀性人工合成无机晶体吸附材料。

中国专利CN 103831080A公开一种用于回收废水中重金属离子的镍渣吸附材料及其制备方法。该方法以工业废弃镍渣和低成本分析纯试剂氢氧化铝为主要原料，经原料预处理、压制成型、烧结和水热处理后，制得用于废水中重金属离子吸附的镍渣吸附材料。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术在处理含重金属离子污水应用的不足，提供一种无机粉体材料的制备方法与应用。

所述无机粉体材料的制备方法如下：

将氧化物或/和氧化物前驱体进行第一次研磨后焙烧、水洗、干燥，干燥之后进行第二次研磨即得所述无机粉体材料。

所述氧化物可选自CaO、MgO、SiO₂、Fe₃O₄、Fe₂O₃、Al₂O₃等中的至少3种，优选CaO、SiO₂、Fe₂O₃和Al₂O₃的混合物，CaO、SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃的质量比可为13∶5∶1∶1.5；

所述氧化物前驱体可选自Ca(OH)₂、CaCO₃、MgCO₃、Mg(OH)₂、Fe(OH)₃、Al(OH)₃等中的至少3种。

所述氧化物、氧化物前驱体、氧化物与氧化物前驱体混合物中各组分的质量比，按氧化物计为55％～70％CaO、10％～30％SiO₂、0～10％Fe₂O₃、2％～10％Al₂O₃、0～5％MgO。

所述第一次研磨时间至少1min，优选10～20min。

所述焙烧温度在100℃以上,优选800～1500℃，所述焙烧时间至少10min，优选20min。

所述洗涤可采用水洗，洗涤次数至少1次。

所述干燥可采用自然晾干或加热干燥中的一种。

所述第二次研磨时间至少1min，优选10～20min。

所述无机粉体材料可在处理工业重金属污水中应用，所述工业重金属污水可为pH大于3的工业重金属污水，所述工业重金属污水中的重金属离子可为Cu²⁺、Ni²⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Hg²⁺等中的至少一种。

本发明具有以下突出的优点：

(1)所制得无机粉体材料具有高比表面积和较大表面负电荷，能够对水体中的重金属离子进行高效、快速的吸附。(2)所得无机粉体材料还能对水体中有机物、磷酸根、氨氮等其他污染物有一定去除能力，并对酸性废水有一定的缓冲能力。(3)与现有的无机粉体材料相比(如类水滑石结构材料在处理某些含重金属离子废水时可能会交出换大量钙和铝离子，从而导致水体中钙铝离子含量超标)，所得无机粉体吸附材料在处理重金属离子废水时不会发生离子交换现象，处理后的废水中钙铝离子含量均能达到排放标准。(4)所得无机粉体材料对重金属离子的吸附能力高，并具有处理操作简单和固体废渣少等优点。(5)本发明可操作性强，成本低廉，反应装置简单，后处理条件温和，制备过程清洁无污染，反应效率高，具有良好的工业应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例1所得无机粉体材料的扫描电镜图。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

在容器中，将3g CaCO₃、0.5g SiO₂、0.12g Fe₂O₃和0.16g Al₂O₃研磨10min后得到混合物；将所得混合物放置于马弗炉中升温至1000℃焙烧10min，待冷却后用自来水对焙烧产物洗涤3次，洗涤后的焙烧产物经自然晾干后研磨10min即得本发明所述无机粉体材料，其扫描电镜图如图1所示。

实施例2

在容器中，将2.5g CaO、1g SiO₂和0.3g Al₂O₃研磨10min后得到混合物；将所得混合物放置于马弗炉中升温至1000℃焙烧10min，待冷却后用自来水对焙烧产物洗涤1次，洗涤后的焙烧产物经自然晾干后研磨10min即得本发明所述无机粉体材料。

实施例3

在容器中，将3g CaCO₃、1.2g SiO₂、0.2g Fe₃O₄和0.3g Al₂O₃研磨10min后得到混合物；将所得混合物放置于马弗炉中升温至900℃焙烧10min，待冷却后用自来水对焙烧产物洗涤1次，洗涤后的焙烧产物经自然晾干后研磨10min即得本发明所述无机粉体材料。

用实施例3所制得的无机粉体材料处理含镍离子、铜离子、铬(III)离子的废液，以铜离子、镍离子的去除效果来说明本发明所制得无机粉体材料的处理能力。其中离子废液均来自电镀厂。

本发明实施例3所得无机粉体材料对镍、铜、铬(III)离子废液处理方法如下：往离子废液中加入碱，调节离子废液的pH 3～6，投入质量为离子废液四百分之一的无机粉体材料，电磁搅拌300rpm，搅拌7h后用0.45um的滤膜过滤、取样，样品用紫外分光光度法测其平衡离子浓度。表1是本发明实施例3所得无机粉体材料对Ni²⁺、Cu²⁺、Cr³⁺离子废液处理结果，由表1可以看出在7h时，溶液离子浓度可达到较低水平。

表1

实施例4

在容器中，将2g Ca(OH)₂、0.8g SiO₂、0.2g Fe₂O₃和0.3g Al₂O₃研磨10min后得到混合物；将所得混合物放置于马弗炉中升温至1100℃焙烧10min，待冷却后用自来水对焙烧产物洗涤3次，洗涤后的焙烧产物经自然晾干后研磨10min即得本发明所述无机粉体材料。

实施例5

在容器中，将5g CaCO₃、0.5g MgO、0.6g SiO₂、0.2g Fe₂O₃和0.6g Al₂O₃研磨10min后得到混合物；将所得混合物放置于马弗炉中升温至1200℃焙烧20min，待冷却后用自来水对焙烧产物洗涤3次，洗涤后的焙烧产物经自然晾干后研磨10min即得本发明所述无机粉体材料。

实施例6

在容器中，将3gCa(OH)₂、0.5gMg(OH)₂、1gSiO₂、0.2gFe₂O₃和0.4gAl₂O₃研磨10min后得到混合物；将所得混合物放置于马弗炉中升温至1500℃焙烧20min，待冷却后用自来水对焙烧产物洗涤3次，洗涤后的焙烧产物经自然晾干后研磨10min即得本发明所述无机粉体材料。

实施例7

在容器中，将2g Ca(OH)₂、1g SiO₂、0.5g Fe(OH)₃和0.5g Al(OH)₃研磨10min后得到混合物；将所得混合物放置于马弗炉中升温至1000℃焙烧20min，待冷却后用自来水对焙烧产物洗涤3次，洗涤后的焙烧产物经自然晾干后研磨10min即得本发明所述无机粉体材料。

实施例8

在容器中，将2.6g CaO、1g SiO₂、0.2g Fe₂O₃和0.3g Al₂O₃研磨10min后得到混合物；将所得混合物放置于马弗炉中升温至1050℃焙烧20min，待冷却后用自来水对焙烧产物洗涤3次，洗涤后的焙烧产物经自然晾干后研磨10min即得本发明所述无机粉体材料。

本发明通过将钙、镁、硅、铝、铁的氧化物或其相应的氧化物前驱混合物进行混合焙烧获得能够对对水体中重金属离子进行高效处理的无机粉体材料。合成方法具有成本低廉，反应装置简单，制备过程清洁无污染，反应效率高等特点。所得无机粉体材料对水体中单一重金属离子或多种重金属离子均能进行有效处理，同时对废水中其他污染物如氨氮、磷、有机物也有一定去除作用。

Claims

1.一种无机粉体材料的制备方法，其特征在于其具体步骤如下：

将氧化物或/和氧化物前驱体进行第一次研磨后焙烧、水洗、干燥，干燥之后进行第二次研磨即得所述无机粉体材料；

所述氧化物选自CaO、MgO、SiO₂、Fe₃O₄、Fe₂O₃、Al₂O₃中的至少3种，所述氧化物前驱体选自Ca(OH)₂、CaCO₃、MgCO₃、Mg(OH)₂、Fe(OH)₃、Al(OH)₃中的至少3种；

2.如权利要求1所述一种无机粉体材料的制备方法，其特征在于所述氧化物选自CaO、SiO₂、Fe₂O₃和Al₂O₃的混合物，CaO、SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃的质量比为13∶5∶1∶1.5。

3.如权利要求1所述一种无机粉体材料的制备方法，其特征在于所述第一次研磨时间至少1min，所述第二次研磨时间至少1min。

4.如权利要求3所述一种无机粉体材料的制备方法，其特征在于所述第一次研磨时间为10～20min；所述第二次研磨时间为10～20min。

5.如权利要求1所述一种无机粉体材料的制备方法，其特征在于所述焙烧温度在100℃以上，焙烧时间至少10min。

6.如权利要求5所述一种无机粉体材料的制备方法，其特征在于所述焙烧温度为800～1500℃，焙烧时间为20min。

7.如权利要求1所述一种无机粉体材料的制备方法，其特征在于所述水洗的次数至少1次。

8.如权利要求1所述一种无机粉体材料的制备方法，其特征在于所述干燥采用自然晾干或加热干燥。

9.如权利要求1～8中任意一种所述方法制备的无机粉体材料在处理工业重金属污水中应用。

10.如权利要求9所述应用，其特征在于所述工业重金属污水为pH大于3的工业重金属污水，所述工业重金属污水中的重金属离子为Cu²⁺、Ni²⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Hg²⁺中的至少一种。