CN108554380A - 基于改性煤矸石的氨氮吸附剂的制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于改性煤矸石的氨氮吸附剂的制备方法和应用，属于固体废弃物资源化利用和污水处理领域。本发明的制备方法具体是：将煤矸石进行清洗并分选出3~20mm的煤矸石碎块，磨粉并过120目筛；将氢氧化钠与煤矸石粉末按质量比1：2混合后加入沸腾焙烧炉，通入空气，以600℃焙烧1.5h；冷却至20~25℃并再次过120目筛，得到一种基于改性煤矸石的氨氮吸附剂。本发明将煤矸石应用于生活污水氨氮的去除，原料来源广泛，成本低廉，氨氮去除率可达87%。

Description

基于改性煤矸石的氨氮吸附剂的制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种基于改性煤矸石的，可高效去除生活污水中氨氮的吸附剂，属于固体废弃物资源化利用和污水处理领域。
背景技术
随着我国生活水平的提高，生活污水的产量逐年增大，而氨氮作为生活污水中的特征污染物之一的浓度也日益提高。超标的氨氮从生活污水进入自然水体中会引起水体富营养化，导致水中溶解氧下降，水生生物死亡会破坏淡水或近海水域的生态系统平衡，影响食物链的捕食和数量比例关系；某些毒素经食物链的富集甚至会危及人类的健康。因此水体富营养化一旦发生很难进行治理和修复，往往需要很长的治理周期，并且容易再次发生同类现象。所以对生活污水中氨氮的讲解去除是当务之急。
煤矸石是一种矿山固体废弃物，是在煤炭采掘加工过程中产生的含碳矿石，也是我国年产量最大的固体废弃物。煤矸石的年产量占到煤炭年产量的10~15%，目前现存总量约为45亿吨，并且随着我国工业的高速发展产量还会进一步增大。煤矸石堆积所造成的环境污染也十分严重，在风力侵蚀下产生的粉尘颗粒会造成局部大气污染，煤矸石山在自然降水的淋溶作用使地下水发生酸化和重金属超标的现象，还会造成土壤中微生物环境失衡。
煤矸石同时也是一种利用价值较高的自然资源，其中含有的低品位腐植酸有着大量的含氧官能团，形成许多反应活性位点，因此具有巨大的吸附潜能。目前将煤矸石的吸附性能应用到污水氨氮中的研究还较少，也并不成熟，且活化制备工艺也较为复杂，因此要研究出一种成本低廉，制备简单，性能优良的煤矸石吸附剂。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种利用改性煤矸石的新型氨氮吸附剂，该吸附剂可以针对经传统活性污泥法处理后的生活污水出水氨氮不达标的问题。煤矸石中含有丰富的官能团，其上的不饱和化学键可以经过特定的活化过程对氨氮进行专性吸附，与此同时也可以对污水中其他微小悬浮物或溶解性物质进行吸附，使污水整体净化效果显著提高，具有很好地应用前景。
本发明的目的之二是提供一种基于改性煤矸石的氨氮吸附剂的制备方法。
本发明的目的之三是提供基于改性煤矸石的吸附剂在去除生活污水中氨氮方面的应用。
本发明采用的技术方案是：一种基于改性煤矸石的氨氮吸附剂，由煤矸石粉末和氢氧化钠混合焙烧制成。
上述的一种基于改性煤矸石的氨氮吸附剂，氢氧化钠和煤矸石粉末的质量比=1：2。
上述的一种基于改性煤矸石的氨氮吸附剂，所述的煤矸石粉末中，按重量百分比，含有60~75% SiO2，15~30% Al2O3，4~7% Fe2O3，1.5~2.5% CaO，1~2%MgO。
一种基于改性煤矸石的氨氮吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
1）选取煤矸石样品，用矿石清洗机清洗2~3min后，分选出粒径为3~20mm的碎块，研磨成粉末后过120目筛，得到筛下物煤矸石粉末；
2）将煤矸石粉末与氢氧化钠混合均匀；
3）通入空气，对煤矸石粉末和氢氧化钠混合物在沸腾焙烧炉中进行碱性焙烧；
4）焙烧后的煤矸石粉末冷却过筛，得到筛下物为氨氮吸附剂。
上述的一种基于改性煤矸石的氨氮吸附剂的的制备过程，如步骤3）所述，将混合氢氧化钠的煤矸石粉末在焙烧炉中于600℃焙烧1.5h，焙烧后冷却至20~25℃，再次过120目筛，得到氨氮吸附剂。
上述的一种基于改性煤矸石的氨氮吸附剂在吸附生活污水氨氮方面的应用，方法如下：调节生活污水的pH=7~8，吸附剂投加量为20kg/m3，接触反应时间为2.5h。
本发明的有益效果是：
1）原材料成本低廉且来源广泛。
2）本发明使用的煤矸石原料为矿业固体废弃物，属于对废弃物的循环利用，对环境有益。
3）本发明的制备工艺过程简单，且吸附性能优良，对生活废水中的氨氮去除率可达到87%。
附图说明
图1 吸附剂加入量与氨氮去除率关系图。
图2 吸附剂焙烧温度与氨氮去除率关系图。
图3 接触反应时间与氨氮去除率关系图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下应用方式。由于各地生活习惯的差异，产生的生活污水的性质差异较大，且处理方式有所不同，进水的性质参数也会发生变化。因此在不违背本发明的实质和所附权利要求范围的前提下，可对本发明中关键参数做适当调整。
实施例1
取从铁岭市某矿区产生的煤矸石，其化学组成见表1。用矿石清洗机将煤矸石清洗2~3min，分选粗粒径为3~20mm的碎块，用矿石研磨机研磨成粉末后过120目筛，得到筛下物煤矸石粉末。
取工业片状氢氧化钠，按照氢氧化钠与煤矸石质量比=1：2，将两者混合均匀后放置与沸腾焙烧炉中；通入空气，以600℃焙烧1.5h，焙烧后将其冷却至20~25℃，再次过120目筛，得到筛下物为目标产物煤矸石吸附剂。
表1
成分 SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 烧失量
比例（%） 65.1 18.6 2.0 1.6 6.5 6.2
实施例2
（一）污水来源
污水取自铁煤集团经内部污水处理厂处理后的生活污水，其出水氨氮为37.56 mg/L，pH为7.34。
（二）吸附剂的加入量对氨氮去除率的影响
方法：取污水100mL五份，分别加入实施例1制备的基于改性煤矸石的吸附剂0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g，接触反应2h，测定溶液中氨氮的含量。结果见图1。
图1中的实验结果可以看出，随着煤矸石吸附剂加入量的增加，污水中氨氮的去除率也逐渐增大，在煤矸石吸附剂加入量为20kg/m3时有较好的去除效果。
（三）吸附剂焙烧温度对氨氮去除率的影响
方法：取过120目筛的煤矸石粉末100g，氢氧化钠50g，混合均匀后进行四等分，分别在通入空气条件下在400℃、500℃、600℃、700℃下焙烧1.5h，冷却至20~25℃后再次过120目筛，得到不同焙烧温度下的氨氮吸附剂。取100mL生活污水四份，分别加入上述氨氮吸附剂2.0g，接触反应2h，测定溶液中氨氮的含量。结果见图2。
图2中的试验结果可以看出，随着煤矸石粉末焙烧温度的增加，氨氮的去除率也逐渐增加，最高可达到87.8%，但600℃和700℃下去除率增加量仅有0.5%左右，而制备成本增加较大，因此煤矸石吸附剂的最佳焙烧温度为600℃。
（四）接触反应时间对氨氮去除率的影响
方法：取污水100mL五份，调整pH为7，加入实施例1中制备的基于改性煤矸石的吸附剂2.0g，接触反应时间为0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h、2.5 h、3h，然后测定溶液中的氨氮含量。结果见图3。
图3中的试验结果可以看出，随着接触反应时间的增加，煤矸石氨氮吸附剂对氨氮的去除率逐渐增大，当接触反应时间为2.5h时，对氨氮的去除率达到最大值为87.4%。
通过对各应用参数的调整，确定的最佳工艺条件为：生活污水的pH=7~8，煤矸石氨氮吸附剂的投加量为20kg/m3，接触反应时间为2.0~2.5h，煤矸石氨氮吸附剂对氨氮的吸附率最大值达到87.4%。

Claims (8)

1.一种基于改性煤矸石的氨氮吸附剂，其特征在于，由煤矸石粉末和氢氧化钠混合焙烧制成。
2.根据权利要求1所述的一种基于改性煤矸石的氨氮吸附剂，其特征在于，质量比为，氢氧化钠：煤矸石=1：2。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于改性煤矸石的氨氮吸附剂，其特征在于，所述的煤矸石粉末中，按重量百分比，含有60~75% SiO2，15~30% Al2O3，4~7% Fe2O3，1.5~2.5% CaO，1~2%MgO。
4.一种基于改性煤矸石的氨氮吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）选取煤矸石样品，用矿石清洗机清洗2~3min后，分选出粒径为3~20mm碎块，研磨成粉末并过120目筛，得到筛下物煤矸石粉末；
2）将煤矸石粉末与氢氧化钠混合均匀；
3）通入空气，对煤矸石粉末和氢氧化钠混合物在沸腾焙烧炉中进行碱性焙烧；
4）焙烧后的煤矸石粉末冷却过筛，得到筛下物为氨氮吸附剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤3）所述煤矸石碱性焙烧温度为600℃，焙烧时间为1.5h。
6.根据权利要求4所述的基于改性煤矸石的氨氮吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤4）所述煤矸石粉末冷却至20~25℃，过筛目数为120目。
7.权利要求1或2所述的基于改性煤矸石的氨氮吸附剂在去除生活污水氨氮中的应用。
8.根据权利要求7所述的基于改性煤矸石的氨氮吸附剂在去除生活污水氨氮中的应用，其特征在于，方法如下：调节生活污水的pH=7~8，吸附剂投加量为20kg/m3，接触反应时间为2.5h。
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