CN105642226A - 一种利用废弃硅藻土制备硅炭复合材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用废弃硅藻土制备硅炭复合材料的方法，本发明利用这种废弃硅藻土中蛋白质高的特点对其进行低温炭化，减少了常规炭化过程的能耗，制备的硅炭复合材料具备较强的重金属吸附能力，本发明不仅使硅藻土得以重复利用减少了废弃硅藻土造成的污染，还提供了一种高效率的重金属吸附剂—硅炭复合材料的制备途径，具有良好的经济和环境效益。
Description
技术领域
本发明涉及废弃硅藻土的重复利用技术领域，具体涉及一种利用废弃硅藻土制备硅炭复合材料的方法。
背景技术
硅藻土的主要成分是活性二氧化硅和少量的蛋白质，它主要由古代硅藻经历地质作用而形成。
硅藻土是一种常用的助滤剂，目前在啤酒生产及大豆多糖生产中均有广泛应用。大豆多糖生产的原料是大豆蛋白生产的残余物豆渣，豆渣经过多次提纯后产生含有纤维、大豆蛋白和大豆多糖的悬浮浆液，加入硅藻土助滤剂后纤维和大豆蛋白团聚在硅藻土颗粒周围，形成易于过滤的大颗粒悬浮液，经过过滤后得到大豆多糖溶液和废弃硅藻土，因此废弃硅藻土成分主要是纤维、大豆蛋白和硅藻土，由于一次使用后硅藻土吸附了大量的蛋白质等有机物和水分而由粉末状变为浆状或膏状，难以再次利用，质量也大大增加，成为难处理的固体废物。由于有机物和水分的存在，废弃硅藻土极易腐化变质，发出恶臭，其储存也成为难以解决的问题，通常的处理方法是就近运往垃圾填埋场进行填埋处理，这种处理方式不仅增加了填埋场的负荷，也增加了企业的负担。
利用活性炭的吸附性能处理废水或者废气是目前主流的处理方法之一，其中处理含重金属废水是其主要应用方向之一。活性炭具备吸附效率高，残留率低，易于固液分离等特点。但是活性炭的制备成本较高是普遍存在的问题。
活性炭吸附的原理在于其巨大的比表面积和丰富的微孔结构，而活性炭表面的羟基等官能团也在吸附过程中起到了化学络合，强化吸附效果的作用，在环保领域的应用中活性炭主要用于脱除重金属和有色物质。
利用废弃硅藻土制备的硅炭的成分为活性炭和活性二氧化硅的混合物，硅藻土在受热时结构中Si-OH得以活化，活化的Si-OH在利用强碱熔融物进行处理时负电性得以增强，这使溶液中的带正电官能团和重金属离子更加易于吸附在结构表面，因此，硅藻土的存在能够促进活性炭的吸附能力。将有机物和硅藻土的混合物—废弃硅藻土进行炭化和活化后所得的硅炭复合材料具有优异的吸附性能。
综上所述，利用废硅藻土制备活性炭不仅有效减少了废硅藻土造成的污染，而且增加了一种高效率吸附剂-硅炭复合材料的制备途径，具有广泛的市场前景。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种利用废弃硅藻土制备硅炭复合材料的方法。
本发明采用的技术方案为：
一种利用废弃硅藻土制备硅炭复合材料的方法，包括以下步骤：
（1）取浆状废弃硅藻土，用压滤机压缩至结块；
（2）将结块的硅藻土打散晾晒或烘干至恒重后破碎；
（3）取破碎后的硅藻土粗粉末置于炭化炉中隔氧炭化；
（4）取炭化好的硅藻土研磨过筛；
（5）将研磨过筛后的硅藻土与活化剂混合均匀置于活化炉中隔氧活化；
（6）将活化好的混合物用缓冲液循环浸泡洗涤至洗出液pH为5.0-7.0，单次浸泡时间为0.5-1.0小时；
（7）将洗涤后的混合物烘干即得目标产品。
所述步骤（1）中的废弃硅藻土是在加工大豆多糖时使用硅藻土助滤剂吸附蛋白质和水分而产生的。
所述步骤（3）中炭化的温度为250℃-300℃，炭化时间为2.0-2.4小时。
所述步骤（4）中研磨过筛后的硅藻土粒度为0.1mm-1.5mm。
所述步骤（5）中活化的温度为800-830℃，活化时间为3.5-4.0小时。
所述步骤（5）中活化剂为KOH，添加量为炭化后硅藻土：KOH固体=1:1.8。
所述步骤（6）中缓冲液为NaAc-HAc溶液。
所述步骤（6）中缓冲液的浓度为0.05-0.1mol/L，单次浸泡的固液体积比为1:5。
所述步骤（7）中烘干的烘箱温度为100℃，时间为1.5-2.0小时。
本发明的有益效果是：本发明利用这种废弃硅藻土中蛋白质高的特点对其进行低温炭化，减少了常规炭化过程的能耗，制备的硅炭复合材料具备较强的重金属吸附能力，本发明不仅使硅藻土得以重复利用减少了废弃硅藻土造成的污染，还提供了一种高效率的重金属吸附剂—硅炭复合材料的制备途径，具有良好的经济和环境效益。
具体实施方式
一种利用废弃硅藻土制备硅炭复合材料的方法，包括以下步骤：
（1）取浆状废弃硅藻土，用压滤机压缩至结块；
（2）将结块的硅藻土打散晾晒或烘干至恒重后破碎；
（3）取破碎后的硅藻土粗粉末置于炭化炉中隔氧炭化；
（4）取炭化好的硅藻土研磨过筛；
（5）将研磨过筛后的硅藻土与活化剂混合均匀置于活化炉中隔氧活化；
（6）将活化好的混合物用缓冲液循环浸泡洗涤至洗出液pH为5.0-7.0，单次浸泡时间为0.5-1.0小时；
（7）将洗涤后的混合物烘干即得目标产品。
所述步骤（1）中的废弃硅藻土是在加工大豆多糖时使用硅藻土助滤剂吸附蛋白质和水分而产生的。
所述步骤（3）中炭化的温度为250℃-300℃，炭化时间为2.0-2.4小时。
所述步骤（4）中研磨过筛后的硅藻土粒度为0.1mm-1.5mm。
所述步骤（5）中活化的温度为800-830℃，活化时间为3.5-4.0小时。
所述步骤（5）中活化剂为KOH，添加量为炭化后硅藻土：KOH固体=1:1.8。
所述步骤（6）中缓冲液为NaAc-HAc溶液。
所述步骤（6）中缓冲液的浓度为0.05-0.1mol/L，单次浸泡的固液体积比为1:5。
所述步骤（7）中烘干的烘箱温度为100℃，时间为1.5-2.0小时。
实施例1
对日用硅藻土2吨日废弃硅藻土产量9.6吨的大豆多糖生产厂增加一套硅炭复合材料制备设施，削减了固废产生量9.6吨，日产硅炭复合材料4.2吨，节约了成本，增加了产品产出，该方法有助于减少固废产量。
实施例2
一种利用废弃硅藻土制备硅炭复合材料的方法，包括以下步骤：
（1）取浆状废弃硅藻土，用压滤机压缩至结块，含水率为80%-85%，废弃硅藻土是在加工大豆多糖时使用硅藻土助滤剂吸附蛋白质和水分而产生的；
（2）将结块的硅藻土打散晾晒或70-80℃烘干至恒重并破碎至过20目筛网；
（3）取破碎后的硅藻土粗粉末置于炭化炉中隔氧炭化，炭化的温度为250℃-300℃，炭化时间为2.0-2.4小时；
（4）取炭化好的硅藻土研磨过筛，研磨过筛后的硅藻土粒度为0.1mm-1.5mm；
（5）将研磨过筛后的硅藻土与固体KOH按照1:1.8的比例混合均匀置于活化炉中隔氧活化，活化的温度为800-830℃，活化时间为3.5-4小时；
（6）将活化好的混合物用浓度为0.05-0.1mol/L的NaAc-HAc缓冲液循环浸泡洗涤至洗出液pH为5.0-7.0，单次浸泡时间为0.5-1.0小时，单次浸泡固液体积比为1:5；
（7）将洗涤后的混合物烘干即得目标产品，烘箱温度为100℃，时间为1.5-2.0小时。
将制备好的硅炭复合材料用于含铅废水的处理，取1.0g制备好的硅炭复合材料，投入1L铅离子初始浓度160mg/L的溶液，混合搅拌2h，静置30min后取上清液测定铅浓度为0.1mg/L。该活性炭的对铅离子的吸附容量达到159.9mg/g。该方法制备出的硅炭是一种有效地重金属吸附剂。
实施例3
将按照上述方法制备好的硅炭复合材料用于含镉废水的处理，取1.0g制备好的硅炭复合材料，投入1L镉离子初始浓度70mg/L的溶液，混合搅拌2h，静置30min后取上清液测定镉浓度为0.5mg/L。该活性炭的对镉离子的吸附容量达到69.5mg/g。该方法制备出的硅炭是一种有效地重金属吸附剂。
Claims (9)
1.一种利用废弃硅藻土制备硅炭复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）取浆状废弃硅藻土，用压滤机压缩至结块；
（2）将结块的硅藻土打散晾晒或烘干至恒重后破碎；
（3）取破碎后的硅藻土粗粉末置于炭化炉中隔氧炭化；
（4）取炭化好的硅藻土研磨过筛；
（5）将研磨过筛后的硅藻土与活化剂混合均匀置于活化炉中隔氧活化；
（6）将活化好的混合物用缓冲液循环浸泡洗涤至洗出液的pH为5.0-7.0，单次浸泡时间为0.5-1.0小时；
（7）将洗涤后的混合物烘干即得目标产品。
2.根据权利要求1所述的一种利用废弃硅藻土制备硅炭复合材料的方法，其特征在于：所述步骤（1）中的浆状废弃硅藻土是在加工大豆多糖时使用硅藻土助滤剂吸附蛋白质和水分而产生的。
3.根据权利要求1所述的一种利用废弃硅藻土制备硅炭复合材料的方法，其特征在于：所述步骤（3）中炭化的温度为250℃-300℃，炭化时间为2.0-2.4小时。
4.根据权利要求1所述的一种利用废弃硅藻土制备硅炭复合材料的方法，其特征在于：所述步骤（4）中研磨过筛后的硅藻土粒度为0.1mm-1.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种利用废弃硅藻土制备硅炭复合材料的方法，其特征在于：所述步骤（5）中活化的温度为800-830℃，活化时间为3.5-4.0小时。
6.根据权利要求1所述的一种利用废弃硅藻土制备硅炭复合材料的方法，其特征在于：所述步骤（5）中活化剂为KOH，添加量为炭化后硅藻土：KOH固体=1:1.8。
7.根据权利要求1所述的一种利用废弃硅藻土制备硅炭复合材料的方法，其特征在于：所述步骤（6）中缓冲液为NaAc-HAc溶液。
8.根据权利要求1所述的一种利用废弃硅藻土制备硅炭复合材料的方法，其特征在于：所述步骤（6）中缓冲液的浓度为0.05-0.1mol/L，单次浸泡的固液体积比为1:5。
9.根据权利要求1所述的一种利用废弃硅藻土制备硅炭复合材料的方法，其特征在于：所述步骤（7）中烘干的烘箱温度为100℃，时间为1.5-2.0小时。
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