CN106512929A - 一种嵌布式零价铁多孔吸附反应材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种表层嵌布零价铁的多孔吸附反应材料，是以膨润土为粘结剂，粉煤灰为骨料，碳为还原剂，与铁矿石尾矿充分混合，采用颗粒机挤压成型后干燥，经气氛烧结炉烧结而成。本发明的吸附反应材料不仅具有多孔结构和很大的比表面积，同时还嵌布大量的零价铁，因此同时具有吸附和反应活性，是一种新型的高效水质净化材料，并且本发明材料具有价格低廉、机械强度高、可再生、可重复使用等优点，对水体中的有机污染物及重金属离子具有明显的吸附降解效果，应用前景广泛。

Description

一种嵌布式零价铁多孔吸附反应材料
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种嵌布式零价铁多孔吸附反应材料的制备。
背景技术
随着钢铁行业的快速发展，铁矿石尾矿的大量堆积，已成为工业固体废弃物的重要组成部分。据统计，仅2011年我国尾矿排放量就达到了14亿吨，其中铁矿石尾矿占我国尾矿的一半以上。大量尾矿的堆积不仅占用了土地，造成了资源的浪费，而且也给环境带来了严重污染和破坏。同时，随着矿产资源的开采和消耗，矿产资源日益贫乏，尾矿的开发利用已受到世界各国的重视。现阶段，我国尾矿的综合利用率仅为7％，从我国矿产资源的实际出发，大力开展尾矿资源综合利用，实现资源节约，提高资源利用效率，有着十分重要的环境、经济和社会意义。
粉煤灰是燃煤电厂排出的固体废弃物。我国粉煤灰资源开发与利用与欧美等发达国家相比还存在很大差距，发达国家对粉煤灰的利用率已经高达90％，而我国目前只能达到45％左右。大量的粉煤灰废弃物随意堆积，不仅会占用农田耕地，而且因雨水冲刷作用，粉煤灰的灰浆会污染江河湖泊，阻塞河道甚至污染到地下水，严重破坏生态环境。粉煤灰中含有大量的SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO和未燃烧碳粒，由于形成过程中经过高温、熔融、冷却等一系列物理化学过程，其结构多孔，比表面积大，具有较强的物理和化学吸附能力。现阶段，越来越多的研究将粉煤灰作为吸附材料应用于水处理过程中。然而粉煤灰对水体中污染物的吸附降解能力有限，且其机械强度较低，若直接投放到水体中会引起水体的浑浊堵塞等问题，限制了粉煤灰在水质净化中的应用范围。
我国铁资源丰富，铁化学性质活泼，尤其是纳米零价铁具有表面活性强，反应速度快，是一种高效的吸附反应材料。然而，纳米零价铁在实际应用过程中因其易氧化、易团聚，而受到一定的应用限制。目前采用植入某些改性剂的方法可以实现纳米零价铁性能的改善。
发明内容
为了解决上述问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种嵌布式零价铁多孔吸附反应材料的制备方法，以及该材料作为新型水质净化材料的应用，以进一步提高粉煤灰和零价铁在水处理中的应用，同时可以克服已有填料的不足。
本发明涉及一种嵌布式零价铁多孔吸附反应材料的制备方法，包括如下的步骤：
1)首先将粉煤灰、膨润土、铁矿石尾矿和碳，粉碎过80目筛后，105℃烘干24小时，按一定质量比充分混匀，加入适量的蒸馏水再次混匀后，置于颗粒成型机中，挤压成型；
2)将成型后材料室温风干后，置于烘箱中烘干；
3)烘干后的材料放于带盖陶瓷干锅中密封，于气氛烧结炉中焙烧；
4)最后将焙烧后的材料，隔绝空气自然冷却至室温，即得此种表面嵌布零价铁的新型吸附反应材料。
上述步骤1)中，粉末状混合材料与添加蒸馏水的质量体积比为10∶1。
本发明是以粉煤灰为骨料、膨润土为粘结剂、碳为还原剂，与铁矿石尾矿充分混合，使用颗粒机挤压成型后干燥，经气氛烧结炉烧结而成。其表层嵌布大量的零价铁，是一种新型的高效水质净化材料。不仅价格低廉，去除效率高，机械强度大，比表面积大，同时可实现再生、重复利用。本发明制得的嵌布式零价铁吸附反应材料，对印染废水中的染料及水体中的铅、镉等重金属具有明显的吸附降解效果，应用非常广泛。
附图说明
图1棕榈壳为还原剂制备此种材料成型后照片；
图2棕榈壳为还原剂制备此种材料烧结后照片；
图3煤为还原剂制备此种材料成型后照片；
图4煤为还原剂制备此种材料烧结后照片。
具体实施方式
本发明选用废弃铁矿石和有机碳或无机碳，采用直接还原法制备零价铁，不仅可以充分利用矿石产业的废弃物，实现资源化，同时可使零价铁高效的降解能力在水处理中得以充分发挥。采用粉煤灰作为造孔剂，一方面，实现废弃物的二次利用，另一方面，大大提高材料内部的空隙率，使材料具有大的比表面积。采用膨润土作为粘结剂，不仅可以提高材料的机械强度，而且可以使零价铁充分嵌布在材料表面，从而提高材料的使用寿命。本发明制得的嵌布式零价铁多孔吸附反应材料，对水体中的染料及水体中的铅、镉等重金属具有明显的吸附降解效果。
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种嵌布式零价铁新型吸附反应材料的制备方法，包括如下的步骤：
1)首先将粉煤灰、膨润土、赤铁尾矿和棕榈壳，粉碎过80目筛后，105℃烘干24小时，按质量比2∶2∶1∶1充分混匀，加入适量的蒸馏水再次混匀后，置于造粒机中，挤压成型，如图1所示；
2)将成型后材料室温风干24小时后，置于烘箱中105℃烘干24小时；
3)烘干后的材料放于25mL带盖陶瓷干锅中密封，在气氛烧结炉中以10℃/min升温至800℃焙烧10min；
4)最后将焙烧后的材料，隔绝空气自然冷却至室温，即得此种表面嵌布零价铁的新型吸附反应材料，如图2所示。
上述步骤1)中，粉末状混合材料与添加蒸馏水的质量体积比为10∶1。
实施例2
一种嵌布式零价铁新型吸附反应材料的制备方法，包括如下的步骤：
1)首先将粉煤灰、膨润土、赤铁尾矿和煤，粉碎过80目筛后，105℃烘干24小时，按质量比2∶5∶4∶4充分混匀，加入适量的蒸馏水再次混匀后，置于造粒机中，挤压成型，如图3所示；
2)将成型后材料室温风干24小时后，置于烘箱中105℃烘干24小时；
3)烘干后的材料放于25mL带盖陶瓷干锅中密封，在气氛烧结炉中以8℃/min升温至800℃焙烧30min；
4)最后将焙烧后的材料，隔绝空气自然冷却至室温，即得此种表面嵌布零价铁的新型吸附反应材料，如图4所示。
上述步骤1)中，粉末状混合材料与添加蒸馏水的质量体积比为10∶1。
实施例3
称取0.5g此种吸附反应材料，放入盛有100mL浓度为100mg/L龙胆紫溶液的锥形瓶中，用NaOH或HCl调节溶液pH值为7，置于恒温震荡器中，调节转速为120r/min，温度为30℃，在设定的时间1h、3h、6h、9h、18h、22h、28h、42h、48h、72h时取样，采用紫外-可见分光光度计测定滤液的吸光度。计算得到此种材料对龙胆紫在9h时吸附达平衡，去除率达98％。
实施例4
称取0.5g此种吸附反应材料，放入盛有100mL浓度为100mg/L亚甲基蓝溶液的锥形瓶中，用NaOH或HCl调节溶液pH值为7，置于恒温震荡器中，调节转速为120r/min，温度为30℃，在设定的时间1h、3h、6h、9h、18h、22h、28h、42h、48h、72h时取样，采用紫外-可见分光光度计测定滤液的吸光度。计算得到此种材料对亚甲基蓝在18h时吸附达平衡，去除率达70％。
实施例5
称取0.5g此种吸附反应材料，放入盛有100mL浓度为100mg/L硝酸铅的锥形瓶中，置于恒温震荡器中，调节转速为120r/min，温度为30℃，在设定的时间1h、3h、6h、9h、18h、22h、28h、42h、48h取样，采用原子吸收分光光度计测定水样中金属铅的浓度，计算其去除率。计算得此种材料在48h时，对铅的去除率为86％。
实施例6
称取0.5g此种吸附反应材料，分别放入盛有100mL浓度为100mg/L氯化镉的锥形瓶中，置于恒温震荡器中，调节转速为120r/min，温度为30℃，在设定的时间1h、3h、6h、9h、18h、22h、28h、42h、48h取样，采用原子吸收分光光度计测定水样中金属镉的浓度，计算其去除率。计算得此种材料在48h时，对镉的去除率达91％。
可见，本发明制备的嵌布式零价铁吸附反应材料，因其价格低廉，可实现废弃物的资源化，同时对废水中龙胆紫和亚甲基蓝及铅、镉等重金属具有明显的净化效果，是一种有效的水质净化材料。

Claims (5)

1.一种嵌布式零价铁多孔吸附反应材料，其特征在于，所述吸附材料具有多孔结构，且表层嵌布大量微米级零价铁，具有较强的吸附功能和反应活性。
2.一种嵌布式零价铁多孔吸附反应材料，其特征在于，所述吸附材料的原料是由粉煤灰、膨润土、铁矿石尾矿和碳组成。
3.如权利要求2所述的一种嵌布式零价铁多孔吸附反应材料，其特征在于，原料碳包括有机碳和无机碳。
4.一种嵌布式零价铁多孔吸附反应材料，其特征在于，以膨润土为粘结剂、粉煤灰为骨料、碳为还原剂，与铁矿石尾矿充分混合，使用颗粒机挤压成型后干燥，经气氛烧结炉密闭烧结，隔绝空气的环境中自然冷却。
5.如权利要求4所述的一种嵌布式零价铁多孔吸附反应材料，其特征在于，经机械挤压成型为球状、棒状或颗粒状，先在室温下自然风干，再于烘箱烘干后，置于气氛烧结炉隔绝空气灼烧。
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