CN106186162A - 一种用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污水处理用环保新材料技术领域，具体涉及一种用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法。本发明提出的一种用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法，包括：1）沸石预处理；2）沸石一次改性；3）二氧化钛改性沸石。本发明提供的一种用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法，可制备性能稳定的改性沸石吸附材料，制备工艺简单、生产加工方便。该吸附材料主要用于生活饮用水制备的净水机、纯水机及其他水处理产品，以提升饮用水的净水水质、使用寿命、净水出水率，降低生产成本。

Description

一种用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法
技术领域
本发明属于污水处理用环保新材料技术领域，具体涉及一种用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法。
背景技术
据2013年Science发表的文章估算，目前全世界仍有超过一亿人饮用高砷地下水，我国有1960万人口受高砷地下水影响，上百万口地下井水水质亟待处理解决。
目前，国内外处理含砷废水的方法主要有沉淀法、离子交换法、生物法、膜法、电凝聚法、吸附法等。这些方法均有其自身的特点，有其优缺点。例如，沉淀法除砷技术较为完善，应用较为广泛，但它处理后会产生大量废渣，造成二次污染，而且除砷效率低，难以满足饮用水水质要求。又如，吸附法是利用吸附剂提供的大比表面积，通过砷污染物与吸附剂间较强的亲和力达到净化除砷的目的。吸附法由于简单易行、去除效果好、且能吸附污水中的氨氮、重金属、氟、放射性物质、含氧酸阴离子、磷等等，对环境不产生或很少产生二次污染，且吸附材料来源广泛、价格低廉、可重复使用等优势而备受人们关注。
天然沸石是一种非常廉价的非金属矿物，沸石资源在我国储量丰富、成本低廉，因具有独特的架状结构而表现出良好的选择吸附和离子交换性能，在废水处理中已被广泛应用，利用沸石可以有效吸附污水中低浓度氨氮、砷、重金属、氟、放射性物质、含氧酸阴离子、磷等有害物质，是一种有前景的方法。然而，由于天然沸石的吸附容量较小，再生频繁，影响其大规模应用，需要进行改性。近年来，国内研究人员研究天然沸石改性，取得了较好的效果，但这些研究针对较高浓度的氨氮废水，不适合对含砷地下水进行处理。
为解决这些问题，需发明一种适用的用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法。
发明内容
本发明的目的是解决现有天然沸石的吸附容量较小、再生频繁等问题，提供了一种用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法。
本发明提出的一种用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法，包括：1）沸石预处理：将沸石矿石粉碎，用18目网筛筛选，选取特定粒径范围的沸石，去掉粒径细小的粉末及大颗粒沸石，然后用纯净水冲洗干净，自然风干或放置在烘箱中加热烘干得到第一预处理沸石，放置在干燥器具中备用；2）沸石一次改性：用纯净水配置氯化钠溶液，然后将所述第一预处理沸石浸泡在氯化钠溶液中加热搅拌，完成后取出所述第一预处理沸石用纯净水冲洗干净，再放入烘箱中加热烘干得到第二预处理沸石，放置在干燥器具中备用；3）二氧化钛改性沸石：采用容积凝胶法制备纳米二氧化钛溶液，将初步改性的所述第二预处理沸石放置于纳米二氧化钛溶液中浸润后取出甩干，用丝网筛放置于烘箱中烘干加热，然后将所述第二预处理沸石放置在马弗炉中煅烧，再自然冷却，得到改性沸石。
进一步地，所述沸石矿石为山东省莱阳县白藤口丝光沸石岩矿区产沸石。
进一步地，所述特定类型范围为1~20mm或2~15mm。
进一步地，所述沸石预处理步骤中的烘干温度为40~70℃，烘干时间长度为5~15分钟。
进一步地，所述氯化钠为工业用氯化钠。
进一步地，所述氯化钠溶液浓度为3~6mg/L。
进一步地，所述沸石一次改性步骤中对已放置所述第一预处理沸石的所述氯化钠溶液加热到80~100℃，同时搅拌120~150分钟，搅拌速度为600~1000r/min。
进一步地，所述沸石一次改性步骤中的烘干温度为80~120℃，烘干时间长度为8~30分钟。
进一步地，所述二氧化钛改性沸石步骤中，烘干温度为100~120℃，烘干时间长度为5~15分钟。
进一步地，所述二氧化钛改性沸石步骤中，所述煅烧温度为用400~600℃，所述煅烧时间长度为40~70分钟。
本发明提供的一种用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法，可制备性能稳定的改性沸石吸附材料，制备工艺简单、生产加工方便。该吸附材料主要用于生活饮用水制备的净水机、纯水机及其他水处理产品，以提升饮用水的净水水质、使用寿命、净水出水率，降低生产成本，主要具有以下优点：1）在制备时，通过控制各组分的配比，并选择合适的工艺条件（如温度、搅拌时间等)，通过选择合适的原料配比，从而制得较强吸附催化能力的用于净水设备的改性沸石；2）工艺简单，适合于各净水设备的生产加工；3）采用本发明的方法制得的改性沸石具有优良的吸附性能，能高效地将水中污染物吸附；4）采用本发明的方法制得的改性沸石具有优良的再生性能，多次再生吸附能力不下降；5）本发明产品用于净水设备，兼具降解有机污染和吸附污染物再次降解的作用，吸附能力高，成本低，可再生性强；6）本发明产品用于净水设备：使用寿命长、效率高，功耗低。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明所述的一种用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
功能概述
本发明的目的是解决现有天然沸石的吸附容量较小、再生频繁等问题，提供了一种用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法。
下面结合附图对本发明的实施例进行说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。此外，为了便于描述，在下文中使用了步骤号，但这不应理解为对本发明的限制，另外，在以下方法中描述的各个步骤虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
方法实施例
根据本发明的实施例，提出了一种用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法。
图1示出了根据本发明方法实施例的一种用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法的流程图，包括如下步骤：
步骤S102，沸石预处理：将沸石矿石粉碎，用18目网筛筛选，选取特定粒径范围的沸石，去掉粒径细小的粉末及大颗粒沸石，然后用纯净水冲洗干净，自然风干或放置在烘箱中加热烘干得到第一预处理沸石，放置在干燥器具中备用；
步骤S104，沸石一次改性：用纯净水配置氯化钠溶液，然后将所述第一预处理沸石浸泡在氯化钠溶液中加热搅拌，完成后取出所述第一预处理沸石用纯净水冲洗干净，再放入烘箱中加热烘干得到第二预处理沸石，放置在干燥器具中备用；
步骤S106，二氧化钛改性沸石：采用容积凝胶法制备纳米二氧化钛溶液，将初步改性的所述第二预处理沸石放置于纳米二氧化钛溶液中浸润后取出甩干，用丝网筛放置于烘箱中烘干加热，然后将所述第二预处理沸石放置在马弗炉中煅烧，再自然冷却，得到改性沸石。
下面详细描述上述处理的细节。
（一）步骤S102
进一步地，所述沸石矿石为山东省莱阳县白藤口丝光沸石岩矿区产沸石。
进一步地，所述特定类型范围为1~20mm或2~15mm。
进一步地，所述沸石预处理步骤中的烘干温度为40~70℃，烘干时间长度为5~15分钟。
（二）步骤S104
进一步地，所述氯化钠为工业用氯化钠。
进一步地，所述氯化钠溶液浓度为3~6mg/L。
进一步地，所述沸石一次改性步骤中对已放置所述第一预处理沸石的所述氯化钠溶液加热到80~100℃，同时搅拌120~150分钟，搅拌速度为600~1000r/min。
进一步地，所述沸石一次改性步骤中的烘干温度为80~120℃，烘干时间长度为8~30分钟。
（三）步骤S106
进一步地，所述二氧化钛改性沸石步骤中，烘干温度为100~120℃，烘干时间长度为5~15分钟。
进一步地，所述二氧化钛改性沸石步骤中，所述煅烧温度为用400~600℃，所述煅烧时间长度为40~70分钟。
下面通过三个实施例来具体阐述本发明。
实施例1
1、沸石预处理：
将沸石矿石粉碎，用18目网筛筛选，选取粒径1~20mm沸石，去掉粒径细小的粉末及大颗粒沸石。再用纯净水冲洗干净，放置在干燥器中自然风干26小时，备用。
2、沸石一次改性：
用纯净水配置4.6mg/L的氯化钠溶液。然后将沸石浸泡在氯化钠溶液中加热到95℃，同时搅拌120分钟。完成后取出用纯净水冲洗干净。
再放入烘箱中加热至100℃烘干15分钟，放置在干燥器具中备用。
3、二氧化钛改性沸石：
将初步改性的沸石放置于纳米二氧化钛溶液中浸润后取出甩干。用丝网筛放置于烘箱中加热到100烘干10分钟。然后放置在马弗炉中用480℃高温煅烧60分钟，然后自然冷却。
完成沸石的改性。
实施例2
1、沸石预处理：
将沸石矿石粉碎，用18目网筛筛选，选取粒径1~20mm沸石，去掉粒径细小的粉末及大颗粒沸石。再用纯净水冲洗干净，放置在烘箱中加热至50℃烘干10分钟，取出后放置在干燥陶瓷缸中备用。
2、沸石一次改性：
用纯净水配置5mg/L的氯化钠溶液。然后将沸石浸泡在氯化钠溶液中加热到98℃，同时搅拌120分钟。完成后取出用纯净水冲洗干净。
再放入烘箱中加热至100℃烘干10分钟，放置在干燥器具中备用。
3、二氧化钛改性沸石：
将初步改性的沸石放置于纳米二氧化钛溶液中浸润后取出甩干。用丝网筛放置于烘箱中加热到100烘干10分钟。然后放置在马弗炉中用480℃高温煅烧90分钟，然后自然冷却。
完成沸石的改性。
实施例3
1、沸石预处理：
将沸石矿石粉碎，用18目网筛筛选，选取粒径1~20mm沸石，去掉粒径细小的粉末及大颗粒沸石。再用纯净水冲洗干净，放置在烘箱中加热至65℃烘干8分钟，取出后放置在干燥陶瓷缸中备用。
2、沸石一次改性：
用纯净水配置5.2mg/L的氯化钠溶液。然后将沸石浸泡在氯化钠溶液中加热到98℃，同时搅拌100分钟。完成后取出用纯净水冲洗干净。
再放入烘箱中加热至100℃烘干8分钟，放置在干燥器具中备用。
3、二氧化钛改性沸石：
将初步改性的沸石放置于纳米二氧化钛溶液中浸润后取出甩干。用丝网筛放置于烘箱中加热到110烘干8分钟。然后放置在马弗炉中用550℃高温煅烧110分钟，然后自然冷却。
完成沸石的改性。
将以上各实施例1-3制备而成的改性沸石加工成简易净水机，前面配置过滤精度1μm的PP棉滤芯过滤，降解配置的含砷自来水，水温22℃，经测试，其水处理性能如下表所示：
实施例1 实施例2 实施例3
处理前砷浓度 (μg/L) 100 100 100
处理后砷浓度 (μg/L) 9.9 9.4 9.5
降解率 （%） 90.10% 90.60% 90.50%
将以上各实施例1-3制备而成的改性沸石加工成简易净水机，前面配置过滤精度1μm的PP棉过滤芯过滤，降解配置的含氟自来水，水温22℃，经测试，其水处理性能如下表所示：
实施例1 实施例2 实施例3
处理前砷浓度 (mg/L) 10 10 10
处理后砷浓度 (mg/L) 0.93 0.88 0.89
降解率 （%） 90.70% 91.20% 91.10%
本发明针对天然沸石的局限性，采用氯化钠溶液对天然沸石改性，针对地下水、自来水、河流水净化饮用水应用进行比较了天然沸石和改性沸石的动态吸附性能，并进行了改性沸石的动态脱附研究，为改性沸石应用于饮用水净水项目奠定了基础。
本发明经过大量实验证明，天然沸石在pH 值为6~8范围内，接触时间20 min吸附效果最好；采用高温焙烧后，再用预处理后的氯化钠溶液浸泡一定时间改性沸石吸附氨氮、砷、氟等效果最佳。在常温下，当活化沸石投配量为40g/L，接触时间为15min，氨氮去除率为91.55%，砷去除率为96.56%。沸石经多次再生处理效果仍然很好。
本发明中用氯化钠溶液来改性和再生沸石的方法，不仅可提高沸石对氨氮的吸附容量和吸附速度，而且无任何添加药剂，具有简单易行、费用低廉的优点，为沸石在饮用水净水项目中的应用提供技术支撑。
本发明提供的一种用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法，可制备性能稳定的改性沸石吸附材料，制备工艺简单、生产加工方便。该吸附材料主要用于生活饮用水制备的净水机、纯水机及其他水处理产品，以提升饮用水的净水水质、使用寿命、净水出水率，降低生产成本，主要具有以下优点：1）在制备时，通过控制各组分的配比，并选择合适的工艺条件（如温度、搅拌时间等)，通过选择合适的原料配比，从而制得较强吸附催化能力的用于净水设备的改性沸石；2）工艺简单，适合于各净水设备的生产加工；3）采用本发明的方法制得的改性沸石具有优良的吸附性能，能高效地将水中污染物吸附；4）采用本发明的方法制得的改性沸石具有优良的再生性能，多次再生吸附能力不下降；5）本发明产品用于净水设备，兼具降解有机污染和吸附污染物再次降解的作用，吸附能力高，成本低，可再生性强；6）本发明产品用于净水设备：使用寿命长、效率高，功耗低。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法，其特征在于，包括：1）沸石预处理：将沸石矿石粉碎，用18目网筛筛选，选取特定粒径范围的沸石，去掉粒径细小的粉末及大颗粒沸石，然后用纯净水冲洗干净，自然风干或放置在烘箱中加热烘干得到第一预处理沸石，放置在干燥器具中备用；2）沸石一次改性：用纯净水配置氯化钠溶液，然后将所述第一预处理沸石浸泡在氯化钠溶液中加热搅拌，完成后取出所述第一预处理沸石用纯净水冲洗干净，再放入烘箱中加热烘干得到第二预处理沸石，放置在干燥器具中备用；3）二氧化钛改性沸石：采用容积凝胶法制备纳米二氧化钛溶液，将初步改性的所述第二预处理沸石放置于纳米二氧化钛溶液中浸润后取出甩干，用丝网筛放置于烘箱中烘干加热，然后将所述第二预处理沸石放置在马弗炉中煅烧，再自然冷却，得到改性沸石。
2.根据权利要求1所述的用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法，其特征在于，所述沸石矿石为山东省莱阳县白藤口丝光沸石岩矿区产沸石。
3.根据权利要求1所述的用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法，其特征在于，所述特定类型范围为1~20mm或2~15mm。
4.根据权利要求1所述的用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法，其特征在于，所述沸石预处理步骤中的烘干温度为40~70℃，烘干时间长度为5~15分钟。
5.根据权利要求1所述的用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法，其特征在于，所述氯化钠为工业用氯化钠。
6.根据权利要求1所述的用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法，其特征在于，所述氯化钠溶液浓度为3~6mg/L。
7.根据权利要求1所述的用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法，其特征在于，所述沸石一次改性步骤中对已放置所述第一预处理沸石的所述氯化钠溶液加热到80~100℃，同时搅拌120~150分钟，搅拌速度为600~1000r/min。
8.根据权利要求1所述的用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法，其特征在于，所述沸石一次改性步骤中的烘干温度为80~120℃，烘干时间长度为8~30分钟。
9.根据权利要求1所述的用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法，其特征在于，所述二氧化钛改性沸石步骤中，烘干温度为100~120℃，烘干时间长度为5~15分钟。
10.根据权利要求1所述的用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法，其特征在于，所述二氧化钛改性沸石步骤中，所述煅烧温度为用400~600℃，所述煅烧时间长度为40~70分钟。
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