CN105536753B - 一种矿物前驱体吸附剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种矿物前驱体吸附剂及其制备方法，采用机械力研磨手段，将原料按配比置于磨机中，控制球料比为7～45，研磨速度为100～1200rpm，研磨时间为20～240min，得矿物前驱体吸附剂。所述前驱体吸附剂在室温水相搅拌条件下即可水合得到所定的矿物相，同时前驱体结构向合成矿物相转变的过程中，可捕获去除水溶液中的各种有机污染物、无机污染物，并可回收再利用水体中的有用组分。不同于一般吸附剂的吸附作用，本发明所述矿物前驱体吸附剂基于前驱体的反应吸附现象，能大幅度提高其对污染物的去除效率；且涉及的制备方法工艺简单，绿色环保，成本低；可广泛应用于印染、化工、生活污水净化及资源回收再生等领域。

Description

一种矿物前驱体吸附剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种矿物前驱体吸附剂及其制备方法和应用。
背景技术
污水主要分生活污水、工业废水和初期雨水，其中含有大量的有机、无机污染物，对生态、人类的健康造成巨大的威胁。目前污水处理的主要方法包括：化学沉淀法、离子交换法、电解法、膜分离法、吸附法等，其中吸附法进行水处理。具有适应范围广、处理效果好、可回收有用物科以及吸附剂可重复使用等优点，随着现有吸附剂性能的不断完善以及新型吸附剂的研制成功。吸附法在水处理中的应用前景将更加广阔。污水中的某些成分若能选择性分开并回收，即可实现废弃资源的再生利用。
目前已开发用于污水处理的吸附剂种类较多，包括碳类吸附剂、腐植酸类吸附剂、矿物质吸附剂、高分子吸附剂、生物吸附剂等，其中应用较为广泛的是碳类吸附剂以及矿物质吸附剂。这一类吸附剂的制备过程或多或少的涉及到高温、酸碱处理等，制备工艺繁琐且带来了环境负担。所得吸附剂的应用面窄，往往只对特定的污染物具有良好的吸附效果，不能对污染水体中多种污染物同时处理。因此开发能够有效处理多种类型污染物的吸附剂及其制备工艺具有重要意义。另外现有的吸附剂在吸附污水中的所定成分时，会受限于吸附剂的结构、水溶液中竞争成分、浓度势差等所带来的不利因素，吸附容量等并不能达到满意的程度。
发明内容
本发明的目的是提供一种矿物前驱体吸附剂及其制备方法，该方法涉及的制备工艺简单、绿色环保、成本低，所得吸附剂在室温下污水中进行搅拌便可水合得到安定的某个矿物相，实现污水成分与弱晶态前驱体吸附剂共同形成稳定的矿物相；可高效地捕获反应固定各种水溶液里的有机污染物、无机污染物，实现去污及其回收特定成分等目的。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种矿物前驱体吸附剂的制备方法，包括以下步骤：采用机械力研磨手段，将原料置于磨机中，控制球料比为7～45，研磨速度为100～1200rpm，研磨时间为20～240min，即得所述的矿物前驱体吸附剂。
上述方案中，所述原料为常见的金属氢氧化物、镁盐、钙盐、铝盐、过渡金属盐、粘土类矿物中的一种或几种。
上述方案中，所述金属氢氧化物为氢氧化锂、氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化钙等中的一种或几种；镁盐、钙盐、铝盐或过渡金属盐分别为氯盐、硫酸盐、碳酸盐中的一种或几种。
上述方案中，所述粘土类矿物为含有所述金属氢氧化物、镁盐、钙盐、铝盐或过渡金属盐的天然矿物。
上述方案中，所述粘土类矿物优选为明矾石或石灰石。
上述方案中，所述原料的配比关系以其引入组分的摩尔比为准，配比关系如下：引入的氢氧化镁与氢氧化铝的摩尔比为(1～3):1，生成类水滑石矿物前驱体；或氢氧化钙、氢氧化铝、钙盐的摩尔比为3:2:(0.5～3)，生成类水滑石矿物前驱体或钙矾石矿物前驱体；生成钙矾石矿物前驱体；或氢氧化锂与氢氧化铝的摩尔比为1:(0.5～3)，生成类水滑石矿物前驱体，或氢氧化铝与铝盐的摩尔比为(2～4):1，生成明矾石矿物前驱体。
上述方案中，所述机械力研磨手段采用干式研磨。
上述方案中，所述磨机包括但不限于行星式球磨机和搅拌磨。
根据上述方案制备的矿物前驱体吸附剂，它呈近玻璃态弱晶结构。
上述方案所述矿物前驱体吸附剂在去除水体污染物领域中的应用，可用于吸附分离多种有机污染物和无机污染物等。将所述矿物前驱体吸附剂应用于吸附污染物后，将形成高结晶度的矿物结构，其矿物相包括但不限于水滑石、钙矾石、明矾石、酸性粘土等。
上述方案中，所述有机污染物包括但不限于甲基橙、亚甲基蓝、酚类等，无机污染物包括但不限于钾钠碱金属类、铵类、卤素、硼酸盐、磷酸盐、砷酸盐、铬酸盐等。
上述方案中，将所述矿物前驱体吸附剂应用于吸附阳离子铵类、阴离子磷酸盐等水体污染物后，所得产物可用作缓效性肥料。
本发明利用机械力研磨手段，将原料研磨形成矿物前驱体的化合物，并将其直接用于污染废水的处理；干式研磨的过程中，原料结构受到破坏，不同原料之间形成价键结合，形成弱晶态的矿物前驱体；将所述矿物前驱体置于含有污染物的废水中，水化作用使矿物前驱体吸附剂实现晶体转化并在晶体结构不断生长的同时将水中的污染物固定在形成的矿物晶体结构中(得安定矿物相)；上述矿物前驱体在室温水溶液中形成安定矿物相所伴随的反应吸附现象，其吸附效率远高于一般吸附剂的吸附作用。
本发明的有益效果是：
1)本发明采用合成原料为一般化工或者矿物原料，廉价易得，无毒无污染，不会对水体造成二次污染。
2)本发明所述吸附剂制备方法为干式制备法，无需加热、无废水废气产生，具有节能、绿色环保的特点。
3)所得矿物前驱体吸附剂对甲基橙等有机污染物、磷酸盐等无机污染物有优异的吸附效果；可有效应用于工业废水、生活污水、饮用水净化、农业废水和盐类矿床等领域。
附图说明
图1为本发明实施例1中所制备的矿物前驱体吸附剂在吸附甲基橙前、后的XRD图谱。
图2为本发明实施例2中所制备的矿物前驱体吸附剂在吸附磷酸盐前、后的XRD图谱。
图3为本发明实施例3所制备的矿物前驱体吸附剂在吸附氯前、后的XRD图谱。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中所用的设备如下：
磨机：德国飞驰行星式球磨机Pulverisette 7型；恒温磁力搅拌器：上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司驰文524G型；采用紫外-可见分光光度计测量污染物的浓度，日本岛津公司，UVmini-1240型号；利用转靶X射线衍射仪(XRD)表征研磨处理所得产物的物相，日本RIGAKU公司，D/MAX-RB型。离心机为湖南赫西仪器装备有限公司提供的台式高速离心机，H/T16MM型。
实施例1
一种矿物前驱体吸附剂，其制备方法包括如下步骤：
将1.38g氢氧化镁(Mg(OH)2)、0.62g氢氧化铝(Al(OH)3)，(摩尔比为3:1)，放入50mL的研磨罐中，加80g直径15mm的锆球，设置磨机转速为700rpm，研磨时间为180min，研磨完成后即得到矿物前驱体吸附剂。
图1为本实施例所得矿物前驱体吸附剂分别用于吸附含有甲基橙废水前、后所得产物的XRD图谱。由图1可以看出原料(氢氧化镁和氢氧化铝)经过机械研磨后，结构遭到了破坏，形成近玻璃态的弱晶结构物质，吸附水溶液中的甲基橙后，所得矿物前驱体吸附剂转变为了高结晶度的水滑石。
将本实施例所得矿物前驱体吸附剂分别加入浓度为100mg/L以及1000mg/L的甲基橙废水中，控制吸附剂用量为0.6g/L，进行磁力搅拌，在25℃下以500rpm的搅拌速度搅拌3h。稍微静置后，离心取上清液，利用分光光度计测量甲基橙的浓度，计算甲基橙的去除率以及吸附剂的吸附容量，结果见表1。
表1实施例1所得矿物前驱体吸附剂的吸附效果
甲基橙初始浓度(mg/L) 残余浓度(mg/L) 去除率(％) 吸附容量(mg/g)
100 0.85 99.15 /
1000 62 / 1563
由表1可以看出，本实施例制备的矿物前驱体吸附剂能够有效去除污染水体中的有机物，具有很高的吸附容量以及去除率；结合图1，结果表明：所述矿物前驱体吸附剂在污染水体中逐步转变为了高结晶度矿物前驱体吸附剂，同时将污染物吸附在矿物前驱体吸附剂的结构中，同步实现矿物前驱体吸附剂的晶态转化和污染物吸附过程，且其吸附效率远远高于现有的水滑石产品。
实施例2
一种矿物前驱体吸附剂，其制备方法包括如下步骤：
将0.5g氢氧化钙、1.15g二水硫酸钙和0.35g氢氧化铝(摩尔比为3:3:2)为进行混合，放入50mL的研磨罐中，加入80g直径15mm的锆球，置于磨机中设置研磨转速为500rpm，研磨时间为120min，研磨完成后得矿物前驱体吸附剂。
图2为本实施例所得矿物前驱体吸附剂分别用于吸附含有磷废水前、后所得产物的XRD图谱。由图2可以看出原料(氢氧化钙、二水硫酸钙、氢氧化铝)经过机械研磨后，结构遭到了破坏，形成弱晶态的物质，吸附水溶液中的磷后，矿物前驱体化合物转变为了高结晶度钙矾石。
将本实施例所得矿物前驱体吸附剂加入浓度为100mg/L的含磷酸盐废水中，控制吸附剂用量为1.6g/L，进行磁力搅拌，在25℃下以500rpm的搅拌速度搅拌3h。稍微静置后，离心取上清液，利用分光光度计测量磷的浓度，计算磷的去除率以及吸附剂的吸附容量，结果见表2。
表2实施例2中矿物前驱体吸附剂的吸附效果
磷浓度(mg/L) 吸附剂用量(g/L) 吸附容量(mg/g) 去除率(％)
100 1.6 70 /
由表2可以看出，本本实施例所得矿物前驱体吸附剂能够有效去除污染水体中的无机磷，具有很高的吸附容量以及去除率；结合图2，结果表明：所述矿物前驱体吸附剂在污染水体中逐步转变为了高结晶度矿物前驱体吸附剂，同时将污染物吸附在矿物前驱体吸附剂的结构中，同步实现矿物前驱体吸附剂的晶态转化和污染物吸附过程，且其吸附效率远远高于现有的钙矾石产品。
实施例3
一种矿物前驱体吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
将0.85g氢氧化钙、0.56g二水氯化钙和0.59g氢氧化铝(摩尔比为3:1:2)混合放入50mL的研磨罐中，加入80g直径15mm的锆球，置于磨机中设置研磨转速为500rpm，研磨时间为120min，研磨完成后得矿物前驱体吸附剂。
图3为本实施例所得矿物前驱体吸附剂产品分别用于吸附含有氯废水后所得产物的XRD图谱。由图3可以看出原料经过机械研磨后，结构遭到了破坏，形成弱晶态的物质，吸附水溶液中的甲基橙后，矿物前驱体化合物转变为了Ca-Al-Cl水滑石。这表明，矿物前驱体吸附剂在污染水体中逐步转变为了高结晶度矿物前驱体吸附剂，同时将污染物吸附在了矿物前驱体吸附剂的结构中。
实施例4
一种矿物前驱体吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
将0.27g氢氧化锂和1.70g氢氧化铝(摩尔比1:2)放入50mL的研磨罐中，加入80g直径15mm的锆球置于磨机中，设置转速为300rpm，研磨时间为180min，研磨完成后得矿物前驱体吸附剂，该吸附剂能够有效应用于水体中硼酸盐的吸附分离。
实施例5
一种矿物前驱体吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
将0.95g氢氧化铝和1.05g硫酸铝(摩尔比4:1)放入50mL的研磨罐中，加入80g直径15mm的锆球置于磨机中，设置转速为300rpm，研磨时间为180min，研磨完成后得明矾石矿物前驱体吸附剂，该吸附剂能够有效应用于水体中钾盐、氨盐的吸附分离。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种矿物前驱体吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用机械力研磨手段，将原料置于磨机中，控制球料比为7～45，研磨速度为100～1200rpm，研磨时间为20～240min，得矿物前驱体吸附剂；
所述机械力研磨手段采用干式研磨；
所述原料为金属氢氧化物、镁盐、钙盐、铝盐、过渡金属盐、粘土类矿物中的一种或几种；所述金属氢氧化物为氢氧化铝、氢氧化钙中的一种或两种；镁盐、钙盐、铝盐或过渡金属盐分别为氯盐、硫酸盐、碳酸盐中的一种或几种；
所述原料的配比关系以其引入组分的摩尔比为准，配比关系如下：引入的氢氧化钙、氢氧化铝、钙盐的摩尔比为3:2:(0.5～3)，或氢氧化铝与铝盐的摩尔比为(2～4):1。
2.根据权利要求1所述的制备方法，所述粘土类矿物为含有所述金属氢氧化物、镁盐、钙盐、铝盐或过渡金属盐的天然矿物。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在在于，所述粘土类矿物为明矾石或石灰石。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磨机为行星式球磨机或搅拌磨。
5.权利要求1～4任一项所述制备方法制得的矿物前驱体吸附剂。
6.根据权利要求5所述矿物前驱体吸附剂在去除水体污染物领域中的应用，其特征在于，用于去除甲基橙、亚甲基蓝、酚类、钾钠碱金属类、铵类、卤素、硼酸盐、磷酸盐、砷酸盐或铬酸盐类污染物。
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