CN105107458A - 一种硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂及其制备方法和应用。所述颗粒吸附剂是采用硅藻土原矿粉、粉煤灰作为主要原料，并掺加淀粉作为造孔剂，经过加水混合、成球、风干、烘干和焙烧一系列过程，使得硅藻土原矿粉、粉煤灰粉状吸附剂复合成型所得。本发明的颗粒状吸附剂实现了粉末状吸附剂的颗粒化，具有一定的机械强度和很好的吸附性能，能有效克服粉状吸附剂处理废水后存在固液分离难、堵塞设备等问题，有利于实现动态运行，减少工业污泥的产生，降低后续处理成本；而且本发明制备工艺简单，原料来源广泛，成本低廉，在实际工业生产中具有较高的应用价值和现实意义。

Description

一种硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于吸附剂技术领域，更具体地，涉及一种硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

硅藻土作为一种廉价的非金属矿物，对重金属具有良好的吸附性能。但是，目前大量的研究还只是停留在其粉末研究阶段，而粉末状的硅藻土矿物用于水处理存在固液分离难，易造成设备堵塞，难以实现动态运行等问题。

大量研究显示，粉状吸附剂具有良好的吸附性能，但是其在水中的溶胀性和沉降性较差，具有很强的悬浮性和分散性，遇水即化，形成泥浆水，造成处理后水体浊度高，通透性较差，处理后固液分离难，增加后续处理步骤和成本，容易导致设备堵塞，并且难以实现动态运行，极大的限制了其在废水处理中的大规模应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有粉状吸附剂遇水即化造成后续固液分离难，堵塞设备等问题和技术不足，提供一种采用硅藻土和粉煤灰进行吸附剂颗粒化的生产方法，利用硅藻土、粉煤灰结合淀粉制备颗粒吸附剂，用于吸附重金属离子。该颗粒吸附剂成本低廉，能有效解决固液分离、设备堵塞等问题，实现工业化的连续操作。

本发明的目的是提供一种硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂。

本发明另一目的是提供上述硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂的制备方法。

本发明再一目的是提供上述硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂的应用。

本发明上述目的是通过以下技术方案予以实现：

一种硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂，是采用硅藻土原矿粉、粉煤灰作为主要原料，并掺加淀粉作为造孔剂，经过加水混合、成球、风干、烘干和焙烧一系列过程，使得硅藻土原矿粉、粉煤灰粉状吸附剂复合成型所得；具体是先将硅藻土原矿粉、粉煤灰和淀粉混合均匀，加水搅拌成泥团，造粒成球，并经自然风干、烘干、高温焙烧定型后制得颗粒状吸附剂。

其中，优选地，按重量计，硅藻土原矿粉：粉煤灰：淀粉：水=2～4：1～3：1～3：2～4。

更优选地，按重量计，硅藻土原矿粉：粉煤灰：淀粉：水=3：2：1：2组成。即主要原料硅藻土：粉煤灰=3：2；淀粉的添加量为硅藻土和粉煤灰总重量的20%，水约占硅藻土和粉煤灰总重的40%。

优选地，所述硅藻土原矿粉和粉煤灰均过200～600目筛。

优选地，所述制成的颗粒吸附剂的形状为粒径2～3mm的球状。

另外，上述的硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂的制备方法包括以下步骤：

S1.混料：将硅藻土原矿粉和粉煤灰过200～600目筛，再与淀粉混合均匀，加水搅拌制成可塑性的泥团，静置陈化24～48h；

S2.造粒：将S1得到的泥团进行造粒，制成生球；

S3.风干：自然风干24～48h；

S4.烘干：将S3风干后的生球100～150℃烘干6～24h；

S5.焙烧：将S4烘干的生球在400～600℃的条件下焙烧1～4h定型（如置于马弗炉中焙烧）；

S6.自然冷却，得到硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂。

其中，优选地，步骤S1所述硅藻土原矿粉和粉煤灰均过200目筛。

优选地，步骤S1所述陈化时间为24h。

优选地，步骤S2所述生球的粒径为2～3mm。

优选地，步骤S3所述自然风干的时间为24h。

优选地，步骤S4所述烘干的温度为105℃，烘干的时间为6h。

优选地，步骤S5所述焙烧的温度为500℃，焙烧的时间为1h。

另外，上述硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂在处理重金属污染废水中的应用也在本发明的保护范围之内。

将颗粒吸附剂与重金属污染废水混合，在常温条件下振荡吸附，即完成对溶液中重金属离子的去除。

优选地，所述重金属污染废水为含Cu²⁺、Zn²⁺和/或Ni²⁺等重金属离子的废水。

更优选地，所述重金属污染废水中重金属的浓度为：Cu²⁺≤30mg/L，Zn²⁺≤20mg/L，Ni²⁺≤20mg/L。

最优选地，所述重金属污染废水中重金属的浓度为：Cu²⁺≤20mg/L，Zn²⁺≤10mg/L，Ni²⁺≤10mg/L。

作为一种可实施的方案，所述应用的方法为：将硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂与重金属污染废水混合，控制溶液初始pH为5～8，在室温条件下振荡吸附2.5～3h，即完成对溶液中重金属离子的去除。

优选地，是控制溶液初始pH为7，在常温条件下振荡吸附3h，即完成对溶液中重金属离子的去除。

另外，优选地，所述硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂与重金属污染废水的用量比为：0.2～0.5g：20～30mL。

更优选地，硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂：含重金属废水=0.3g：25mL。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明的颗粒吸吸附剂采用硅藻土原矿、粉煤灰作为主要原料，并掺加一定量淀粉作为造孔剂，经过加水混合、成球、风干、烘干、焙烧等一系列过程，使得硅藻土、粉煤灰粉状吸附剂复合成型为颗粒状吸附剂。该颗粒状吸附剂实现了粉末状吸附剂的颗粒化，具有一定的机械强度和很好的吸附性能，能有效克服粉状吸附剂处理废水后存在固液分离难、堵塞设备等问题，有利于实现动态运行，减少工业污泥的产生，降低后续处理成本，在实际工业生产中具有较高的应用价值和现实意义。

（2）本发明的原料中，硅藻土原矿、粉煤灰和淀粉均为廉价的物料，来源广泛易得，成本低廉，而且颗粒吸附剂的制备方法简单，制备成本较低，具有一定的经济和环境效益。

（3）本发明采用工业废料粉煤灰作为颗粒吸附剂的骨料，将粉煤灰用于处理含重金属废水，不仅解决了其自身堆放占地的问题，而且还解决了水体污染的问题，达到以废治废的目的。

附图说明

图1为硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂的制备流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的简单修改或替换，均属于本发明的范围；若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。除非特别说明，本发明所用试剂和材料均为市购。

实施例1硅藻土/粉煤灰颗粒状吸附剂的制备

1、制备方法

S1.将硅藻土和粉煤灰过筛200目，按重量份数硅藻土：粉煤灰：淀粉：水=3：2：1：2混合均匀，加水搅拌制成泥团，静置陈化24h；

S2.将S1得到的泥团进行造粒，制成粒径为2～3mm的生球，并在室温条件下自然风干24h；

S3.将S2得到的颗粒在105℃的条件下烘干6h；

S4.将S3得到的颗粒置于马弗炉，在500℃的条件下焙烧1h进行焙烧定型后自然冷却，得到硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂。

2、经过测定，上所制备的硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂的比表面积为27.093m²/g，吸水率为31.90%。

实施例2模拟应用试验

1、称取一定量的硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂置于250mL的锥形瓶中，分别加入含有Cu²⁺20mg/L、Zn²⁺10mg/L或Ni²⁺10mg/L的重金属离子溶液50mL，控制溶液初始pH为5.44～6.61，在室温条件下振荡吸附3h。

2、吸附重金属离子的去除率见表1。

表1硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂对重金属离子的去除率

实施例3废水处理应用

1、取经物化沉淀后的电镀废水进行实验，经测定废水pH=9.23，总铜浓度为2.104mg/L。

2、称取0.6g硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂，置于250mL的锥形瓶中，加入已调pH=7的电镀废水50mL，在室温条件下振荡吸附2.5～3h。

3、处理后废水中总铜浓度为0.28mg/L，去除率达86.69%。

实施例4吸附剂制备工艺优化

1、焙烧温度的影响

（1）将硅藻土和粉煤灰按1：1的比例混合，淀粉添加含量为硅藻土和粉煤灰混合总质量的20%，混合均匀后造粒。将烘干的颗粒置于马弗炉中，分别在400℃、500℃、600℃的条件下焙烧1h。

（2）吸附条件为：取50mL浓度为20mg/L的含Cu²⁺模拟废水，吸附剂颗粒投加量为1.0g，溶液初始pH=5.44，吸附时间为3h。

（3）散失率测定条件：准确称量一定重量的吸附剂颗粒于250mL锥形瓶中，加入100mL去离子水，置于振荡器中振荡一定时间后取出，洗净颗粒，在105℃下烘干至恒重，测定颗粒振荡前后的重量变化。

（4）实验结果如表2所示。

表2焙烧温度的影响

由表2可以看出，随着焙烧温度的升高，吸附剂颗粒对Cu²⁺的去除率逐渐下降；颗粒的散失率也逐渐下降，并且由400℃到500℃，散失率下降较明显，而由500℃到600℃，散失率下降不明显。因此，选择500℃作为最佳焙烧温度。

2、硅藻土含量的影响

（1）控制硅藻土和粉煤灰的总质量为10g，硅藻土含量分别为二者总量的40%、50%、60%、70%，淀粉添加含量为硅藻土和粉煤灰混合总质量的20%，混合均匀造粒。将烘干的颗粒置于马弗炉中，在500℃的条件下焙烧1h。

（2）吸附条件和散失率测定条件同上。实验结果如表3所示。

表3硅藻土含量的影响

由表3可以看出，随着硅藻土含量的增加，吸附剂颗粒对Cu²⁺的去除率逐渐下降；颗粒的散失率也逐渐下降。考虑尽可能提高粉煤灰的含量达到以废治废的目的，而又保证颗粒的散失率较低，因此选择硅藻土含量为60%，即硅藻土：粉煤灰=3：2。

3、淀粉含量的影响

（1）将硅藻土和粉煤灰按3：2的比例混合，淀粉添加含量为硅藻土和粉煤灰混合总质量的5%、10%、15%、20%，混合均匀造粒。将烘干的颗粒置于马弗炉中，在500℃的条件下焙烧1h。

（2）吸附条件和散失率测定条件同上。实验结果如表4所示。

表4淀粉含量的影响

由表4可以看出，随着淀粉含量的增加，吸附剂颗粒对Cu²⁺的去除率逐渐上升；颗粒的散失率也逐渐上升。淀粉含量超过20%后，散失率依然在上升，而去除率只是稍微增加，没有显著性的变化，因此，综合各因素后选择淀粉含量为硅藻土和粉煤灰混合总质量的20%，即硅藻土：粉煤灰：淀粉=3：2：1。

4、焙烧时间的影响

（1）将硅藻土：粉煤灰：淀粉=3：2：1的比例混合，混合均匀造粒。将烘干的颗粒置于马弗炉中，在500℃的条件下分别焙烧0.5、1、1.5、2h。

（2）吸附条件和散失率测定条件同上。实验结果如表5所示。

表5焙烧时间的影响

由表5可以看出，随着焙烧时间的增加，吸附剂颗粒对Cu²⁺的去除率逐渐下降；颗粒的散失率也逐渐下降，但考虑到通过延长焙烧时间来降低散失率会增加能耗，造成制备成本增加，经济上不可行；同时延长焙烧时间还会造成去除率的下降，因此，选择最佳焙烧时间为1.0h。

Claims (10)

1.一种硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂，其特征在于，是采用硅藻土原矿粉、粉煤灰作为主要原料，并掺加淀粉作为造孔剂，经过加水混合、成球、风干、烘干和焙烧一系列过程，使得硅藻土原矿粉、粉煤灰粉状吸附剂复合成型所得。

2.根据权利要求1所述的硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂，其特征在于，按重量计，硅藻土原矿粉：粉煤灰：淀粉：水=2～4：1～3：1～3：2～4。

3.根据权利要求1所述的硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂，其特征在于，按重量计，硅藻土原矿粉：粉煤灰：淀粉：水=3：2：1：2组成。

4.根据权利要求1～3任一所述的硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂，其特征在于，所述颗粒吸附剂的形状为粒径2～3mm的球状。

5.根据权利要求1～3任一所述的硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂，其特征在于，所述硅藻土原矿粉和粉煤灰均过200～600目筛。

6.权利要求1～5任一所述的硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.混料：将硅藻土原矿粉和粉煤灰过200～600目筛，再与淀粉混合均匀，加水搅拌制成可塑性的泥团，静置陈化24～48h；

S2.造粒：将S1得到的泥团进行造粒，制成生球；

S3.风干：自然风干24～48h；

S4.烘干：将S3风干后的生球100～150℃烘干6～24h；

S5.焙烧：将S4烘干的生球在400～600℃的条件下焙烧1～4h定型；

S6.自然冷却，得到硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂。

7.权利要求1～5任一所述硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂在处理重金属污染废水中的应用。

8.根据权利要求7所述应用，其特征在于，所述重金属污染废水为含有Cu²⁺、Zn²⁺和/或Ni²⁺的废水。

9.根据权利要求7所述应用，其特征在于，所述应用的方法为：将硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂与重金属污染废水混合，控制溶液初始pH为5～8，在室温条件下振荡吸附2.5～3h，即完成对溶液中重金属离子的去除。

10.根据权利要求9所述应用，其特征在于，所述硅藻土/粉煤灰颗粒吸附剂与重金属污染废水的用量比为：0.2～0.5g：20～30mL。