CN106076248A - 一种稀土改性粉煤灰的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种稀土改性粉煤灰的制备方法，具体步骤如下：将原料粉煤灰加蒸馏水用超声波加温洗涤、烘干后，经过筛分，取筛下粉煤灰；按固液比，将粉煤灰与氯化铈水溶液和氯化镧水溶液均匀混合，加温搅拌、浸泡，过滤、干燥后，焙烧、自然冷却；将稀土预处理粉煤灰与硫酸按固液比混合并搅拌，过滤、烘干，按比例与铁屑混合，将所得混合物用去离子水漂洗并干燥，所得即为本发明所述稀土改性粉煤灰。将含铁锰废水经过含有本发明改性的粉煤灰实验设施处理，去除效果显著，该法具有操作简单、以废治废、成本低等优点，比较明显地提高了粉煤灰吸附废水中铁锰的能力，同时对成分复杂的工矿企业含重金属离子废水具有较强的适应性。

Description

一种稀土改性粉煤灰的制备方法
技术领域
本发明涉及水处理及固体废弃物资源化利用领域，具体属于一种用于吸附废水中铁锰离子的稀土改性粉煤灰的制备方法。该方法更适合应用于含铁锰离子的成分复杂的工矿企业排放废水。
技术背景
铁、锰不仅是地壳中的主要元素，而且广泛存在与人们生产与生活的方方面面。同时，铁、锰也在城市供水系统中大量存在，不仅使水资源的利用更加复杂，更严重的是带来很多的害处。长期过量吸收铁、锰元素会使动植物发生一系列难以预测的内脏病变、神经损伤、作物枯萎减产等后果。为了社会与环境的良好发展，更是为了人们的生存与生产的有利进行，对废水中重金属离子，尤其是铁锰离子的处理已经是一项不容忽视的重要课题。
当前，对于铁锰离子的处理主要有化学沉淀法、氧化法、膜分离法和吸附法。化学沉淀法成本高且会产生大量污泥，容易造成环境二次污染；氧化法是通过创造氧化条件氧化铁锰离子，使其形成高价不溶化合物，达到从水中去除铁锰的方法，氧化法需要创造氧化条件，能耗较高，且同时对铁锰离子的去除效果往往不够稳定；膜分离法的处理成本高、同时对废水的处理效果也不够突出，应用较少；吸附法主要是通过天然或改性吸附剂对含铁锰离子废水进行吸附，处理流程简单、设备要求低、成本低，基于这些特点，对吸附法进行改进，研发更高效的吸附方法，是一种热门且行之有效的思路。
粉煤灰是火力发电厂排除的固体废物，其主要成分为Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO等，多为玻璃球体，单个粉煤灰颗粒直径约为25~30μm，比表面积非常大，一般为1600~3500cm2/g，平均比重为2114g/cm3，平均容重为783kg/m3。由于粉煤灰拥有较大的比表面积，使得其表现出较高的吸附性能。用粉煤灰去除工业废水中的有害组分过程比较复杂，主要表现为吸附作用、絮凝沉淀和过滤作用。改性后的粉煤灰拥有更大的比表面积，吸附性能比改性前更好。
目前，对原料粉煤灰的改性主要有酸改性、碱改性、盐改性、混合改性以及表明活性剂改性等方法。改性后的粉煤灰均表现出对不同水质废水的处理效率的提高。将改性粉煤灰用于含铁锰废水的处理，不仅实现以废治废，同时将大幅度提高经济与环境效益，减轻社会的环保压力。
CN103263891A公开了一种改性粉煤灰去除废水中重金属离子的方法，制备方法包括有六个步骤：(1)调配粉煤灰浆料；(2)加浮选药剂；(3)浮选；(4)分离；(5)过滤；(6)烘干，最终制得改性粉煤灰。该发明对含铜废水有一定的处理效果，不足之处是二次添加了浮选药剂，增加了成本的同时，也有造成污染的隐患。浮选方法对去除重金属离子的成本与能耗都较高，不易形成广泛的应用。
CN102303918A公开了一种酸性高铁高锰矿井水的处理方法及粉煤灰的改性方法，制备方法是在常温下与改性剂混合后搅拌8小时，制得的改性粉煤灰在35℃与酸性高铁高猛混合反应，沉淀后再加入二氧化氯进行消毒。该发明搅拌的时间较长，且在35℃的环境下反应，势必会带来跟高的能耗与成本；同时该方法只是对酸性矿井水进行了处理，应用范围较窄，处理能力也不是特别突出；沉淀后二氧化氯的消毒过程虽有消毒作用，但是引入新的试剂，是有待商榷的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于吸附废水中铁锰离子的稀土改性粉煤灰的制备方法，该法具有制备容易、以废治废，形成的改性粉煤灰吸附能力强，操作简单，成本低等优点，比较明显地提高了粉煤灰吸附废水中铁锰的能力，同时对成分复杂的工矿企业含铁锰等重金属离子废水具有较强的适应性。
本发明的具体步骤如下：
1) 将原料粉煤灰加蒸馏水用超声波加温洗涤、烘干，过0.074mm筛子，取筛下粉煤灰；
2) 按固液比，将粉煤灰与质量分数为0.5~0.8%氯化铈水溶液和质量分数为0.6~1.0%氯化镧水溶液均匀混合，加温至60~80℃，搅拌1~3小时，浸泡8~24小时，过滤、干燥后，于400~600℃焙烧2~4小时，自然冷却；
3) 将稀土预处理粉煤灰与质量分数为5~15%的硫酸按固液比混合并搅拌1~3小时，过滤、烘干，将制得的试样按比例与100~500μm粒度铁屑混合，将所得混合物用去离子水漂洗并干燥，所得即为本发明所述稀土改性粉煤灰。
所述粉煤灰与0.5~0.8%氯化铈水溶液和0.6~1.0%氯化镧水溶液的固液比为1:3~5:3~5。
所述稀土预处理粉煤灰与铁屑的质量比1~2:1。
所述稀土预处理粉煤灰与5~15%的硫酸的固液比为1:3~5。
粉煤灰的吸附作用主要是来源于其化学组成中的硅铝氧化物，硅铝氧化物表面存在大量羟基，可通过络合、离子交换及化学键合等机理结合金属离子。粉煤灰是煤电厂的燃烧废弃物，其中的氧化物都处于稳定状态，使得粉煤灰的应用范围和应用能效受到限制，必须进行表面或结构改性来增强其活性。
稀土元素对一些试剂的改性，已经在多种废物、废水处理领域得到验证，我国稀土资源丰富，得天独厚的稀土优势使得其更高附加值应用成为可能。
由于稀土元素独特的4f电子结构，与其他元素形成化合物时，配位数范围较广，可从3~12之间变化，稀土元素的氧化物和盐具有良好的吸附阴阳离子的能力，基于此，本发明采用铈镧两种稀土元素对粉煤灰进行改性。
研究表明，零价铁对处理废水中的各种污染物有着高效且持久的效果，同时，铁碳微电解作用又可加强其去除效果，基于经济、环保、高效的原则，本发明引入铁屑，与稀土预处理粉煤灰继续通过进一步改性、达到更高效去除废水中铁锰离子的作用。
具体实施方式
以下实施例只是作为对本发明的具体说明，并不代表对本发明应用的限制。
实施例1
将原料粉煤灰用蒸馏水在超声波清洗机中加温洗涤、然后烘干，过0.074mm筛子，取筛下粉煤灰，与质量分数为0.5%的氯化铈和质量分数为0.6%的氯化镧溶液按1:4:4固液比于容器中均匀混合，水浴加温至60℃，搅拌1小时，浸泡8小时，过滤、干燥后，于400℃马弗炉中焙烧2小时，自然冷却后进行压粉；将稀土预处理粉煤灰与质量分数为5%的硫酸按1:4固液比混合并搅拌1小时，过滤、烘干，按比例2:1与铁屑混合，将所得混合物用去离子水漂洗、过滤并进行干燥，所得即为所述稀土改性粉煤灰。
用实施例1得到的稀土改性粉煤灰处理pH为7，亚铁离子50mg/L，锰离子40mg/L的铁锰废水，在25℃恒温水浴振荡器上反应1h，对铁锰的去除率分别达到81%和77%。
实施例2
将原料粉煤灰用蒸馏水在超声波清洗机中加温洗涤、然后烘干，过0.074mm筛子，取筛下粉煤灰，与质量分数为0.6%的氯化铈和质量分数为0.6%的氯化镧溶液按1:3:3固液比于容器中均匀混合，水浴加温至70℃，搅拌1小时，浸泡16小时，过滤、干燥后，于400℃马弗炉中焙烧2小时，自然冷却后进行压粉；将稀土预处理粉煤灰与质量分数为10%的硫酸按1:3固液比混合并搅拌1小时，过滤、烘干，按比例2:1与铁屑混合，将所得混合物用去离子水漂洗、过滤并进行干燥，所得即为所述稀土改性粉煤灰。
处理方法同实施例1，对铁锰的去除率分别达到78%和71%。
实施例3
将原料粉煤灰用蒸馏水在超声波清洗机中加温洗涤、然后烘干，过0.074mm筛子，取筛下粉煤灰，与质量分数为0.7%的氯化铈和质量分数为0.9%的氯化镧溶液按1:5:5固液比于容器中均匀混合，水浴加温至70℃，搅拌2小时，浸泡24小时，过滤、干燥后，于500℃马弗炉中焙烧2小时，自然冷却后进行压粉；将稀土预处理粉煤灰与质量分数为15%的硫酸按1:4固液比混合并搅拌3小时，过滤、烘干，按比例1:1与铁屑混合，将所得混合物用去离子水漂洗、过滤并进行干燥，所得即为所述稀土改性粉煤灰。
处理方法同实施例1，对铁锰的去除率分别达到90%和88%。
实施例4
将原料粉煤灰用蒸馏水在超声波清洗机中加温洗涤、然后烘干，过0.074mm筛子，取筛下粉煤灰，与质量分数为0.8%的氯化铈和质量分数为1.0%的氯化镧溶液按1:5:5固液比于容器中均匀混合，水浴加温至80℃，搅拌3小时，浸泡24小时，过滤、干燥后，于600℃马弗炉中焙烧4小时，自然冷却后进行压粉；将稀土预处理粉煤灰与质量分数为15%的硫酸按1:5固液比混合并搅拌3小时，过滤、烘干，按比例2:1与铁屑混合，将所得混合物用去离子水漂洗、过滤并进行干燥，所得即为所述稀土改性粉煤灰。
处理方法同实施例1，对铁锰的去除率分别达到94%和91%。

Claims (4)

1.一种稀土改性粉煤灰的制备方法，其特征是步骤如下：
1) 将原料粉煤灰加蒸馏水用超声波加温洗涤、烘干，过0.074mm筛子，取筛下粉煤灰；
2) 按固液比，将粉煤灰与质量分数为0.5~0.8%氯化铈水溶液和质量分数为0.6~1.0%氯化镧水溶液均匀混合，加温至60~80℃，搅拌1~3小时，浸泡8~24小时，过滤、干燥后，于400~600℃焙烧2~4小时，自然冷却；
3) 将稀土预处理粉煤灰与质量分数为5~15%的硫酸按固液比混合并搅拌1~3小时，过滤、烘干，将制得的试样按比例与100~500μm粒度铁屑混合，将所得混合物用去离子水漂洗并干燥，所得即为本发明所述稀土改性粉煤灰。
2.权利要求1所述的稀土改性粉煤灰的制备方法，其特征在于所述粉煤灰与氯化铈水溶液和氯化镧水溶液的固液比为1:3~5:3~5。
3.权利要求1所述的稀土改性粉煤灰的制备方法，其特征在于所述稀土预处理粉煤灰与铁屑的质量比1~2:1。
4.权利要求1所述的稀土改性粉煤灰的制备方法，其特征在于所述稀土预处理粉煤灰与5~15%的硫酸的固液比为1:3~5。
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