CN108579666B - 一种利用废白土制备脱砷吸附剂的方法 - Google Patents

一种利用废白土制备脱砷吸附剂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种利用废白土制备脱砷吸附剂的方法，步骤如下：1)将废白土置于缺氧保护气氛中，在400～600℃温度下热解0.5～1h；之后取出待其自然冷却后，磨碎并过200目筛，得到筛分产物；2)将筛分产物酸化2～5h，之后漂洗至pH为4～5，烘干后得到再生白土；3)将再生白土浸渍在卤化铁溶液中，恒温环境下振荡22～24小时；4)将经过恒温振荡后的产物洗涤至中性，之后置于烘箱中熟化2～3h，即可得到载铁白土脱砷吸附剂。本发明方法将废白土用于制备脱砷吸附剂，既能有效地利用废白土这种二次资源，也能降低燃煤电厂的砷等重金属污染物的排放，实现了废白土资源化利用的经济效益、环境效益和社会效益。

Description

一种利用废白土制备脱砷吸附剂的方法
技术领域
本发明涉及一种利用废白土制备脱砷吸附剂的方法，属于资源利用与环境保护交叉技术领域。
背景技术
砷是一种类金属元素，元素符号为As，常见的化合态-3，0，+3，+5；由于砷对生态环境和人体健康有极大的危害作用且具有和重金属元素相似的迁移和转化规律，故被列为有害重金属元素之一。
由于大气、土壤和水体之间长期且紧密的相互作用，砷一旦被引入自然环境就很难被消除。大气中的砷会随着雨雪进入水体，进入水体的砷会积累在鱼类和食鱼动物为主的食物链中，然后进入人体的消化系统，浓度高时会引发人体砷中毒。砷中毒可以使人体内的酶失去活性，影响细胞代谢、导致细胞死亡，引起中毒性神经衰弱症、多发性神经炎、皮肤癌和畸形等；砷污染对环境的破坏是不可逆的，即使停止排放，排放到环境中的砷也不会自行消减，因此，人为排放源的砷污染问题已经越来越受到广泛的关注。
煤炭燃烧、垃圾焚烧和金属冶炼过程都能产生含砷污染废气，而燃煤电站是目前大气人为砷污染物的主要排放源。煤炭燃烧时，无论是无机砷还是有机砷，大部分砷都先会从煤中挥发出来并以气态形式存在于炉膛烟气中，之后随着烟气的流动和温度的降低，部分气态砷会冷凝吸附在燃煤产生的细颗粒物中成为颗粒态砷，因此在煤炭燃烧产生的烟气中，砷主要以颗粒态砷和气态砷(As2O3和As2O5)的形式存在，且As3+的毒性是As5+的50倍。燃煤烟气中大部分颗粒态砷可以被除尘设备和湿法脱硫设备捕获；而气态As5+易溶于水，可以被湿法脱硫设备捕获。因此，将气态砷转化为易于被污染物控制设备脱除的颗粒态砷以及将As3+氧化成易溶于水的As5+是目前燃煤电站砷污染物排放控制的前提和热点。
目前，以活性炭为代表的固体吸附剂是控制燃煤烟气中砷等重金属污染物排放的主要方法。但是，活性炭类吸附剂由于其价格昂贵，制约了其在烟气脱砷领域的发展。矿物质类固体吸附剂如沸石、膨润土等由于价格低廉，储量丰富，是一种非常有潜力的重金属吸附剂。在采用各种方法如FeCl3浸渍对钙基类吸附剂进行改性之后，其对烟气中的砷吸附不仅有物理吸附，还有化学吸附(如式1、式2所示)，因此对矿物质类吸附剂进行改性将大大提高其脱砷效率。
Fe2O3+As2O3+O2→2FeAsO4 式1
Fe2O3+As2O5→2FeAsO4 式2
活性白土是用粘土(主要是膨润土)为原料，经无机酸或盐或其他方法化处理，再经水漂洗、干燥制成的吸附剂，外观为乳白色粉末，无臭、无味、无毒，吸附性能很强，能吸附有色物质、有机物质；而废白土是活性白土用作加工润滑油之后的废弃物。废白土不能直接丢弃掩埋，必须经过环保处理，但处理费用很高，因此，如何将废白土资源化利用一直是近年来人们所关注的热点问题。
发明内容
技术问题：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种利用废白土制备脱砷吸附剂的方法，使得废白土经过简单处理和改性之后具有高效脱除化石燃料燃烧产生的烟气中砷的能力，从而实现废白土的资源化利用以及重金属污染物的排放控制。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明提供了一种利用废白土制备脱砷吸附剂的方法，包括如下步骤：
1)将废白土置于缺氧保护气氛中，在400～600℃温度下热解0.5～1h；之后取出待其自然冷却后，将其磨碎并过200目筛，得到筛分产物；
2)将步骤1)所述的筛分产物酸化2～5h，之后漂洗至pH为4～5，烘干后得到再生白土；
3)将步骤2)得到的再生白土浸渍在卤化铁溶液中，恒温环境下振荡22～24小时；
4)将步骤3)经过恒温振荡后的产物洗涤至中性，之后置于烘箱中熟化2～3h，即可得到载铁白土脱砷吸附剂。
其中：
步骤1)所述的将废白土置于缺氧保护气氛中，在400～600℃温度下热解0.5～1h，是指将废白土置于不锈钢反应舟中后放入管式炉中，在400～600℃、N2为保护气氛下进行热解处理0.5～1h。
步骤1)所述的将其磨碎并过200目筛所用磨碎器具为球磨机或碗式磨机。
步骤2)所述的将筛分产物酸化2～5h，是指将筛分产物与盐酸溶液或硫酸溶液混合，在温度范围为70～80℃的恒温水浴锅中酸化2～5h。
步骤2)所述的盐酸溶液或硫酸溶液与筛分产物的液固比为2～4，其中盐酸溶液或硫酸溶液的质量分数均为30％～50％。
步骤2)所述漂洗至pH为4～5，烘干后得到再生白土，漂洗是指用去离子水漂洗，烘干是指在真空烘箱中，在温度为45～50℃的条件下，烘干8～10h。
步骤3)所述将再生白土浸渍在卤化铁溶液中，是指将再生白土浸渍在FeCl3溶液或者FeBr3溶液中，且卤化铁溶液与再生白土液固比为8～10，FeCl3溶液或者FeBr3溶液的浓度0.6～1.0mol/L。
步骤3)所述在恒温环境下振荡22～24小时，是指在温度为20～25℃的条件下振荡22～24小时。
步骤4)所述将经过恒温振荡后的产物洗涤至中性，之后置于烘箱中熟化2～3h中，洗涤所用洗涤溶液为去离子水，烘箱中熟化的温度为300～400℃。
所述的废白土为炼油厂精制润滑油过程中使用活性白土脱色以后得到的废白土。
本发明的机理在于废白土在热解过程中，有机物的析出会使其表面形成较大的空隙。对活性白土进行FeCl3浸渍改性，一方面氯离子可以改善活性白土表面的化学性质，从而显著提高活性白土的吸附能力，另一方面可利用砷的亲铁性，使得燃煤烟气中氧化铁可以和气态砷进行物理吸附和化学吸附，从而提高废白土脱砷吸附剂的脱除能力。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明利用废白土经过简单处理和浸渍改性制备脱砷吸附剂是一种经济效益较高的废白土资源化利用方式，这种吸附剂制取方法简单、储量丰富，能够有效吸附烟气中的砷，既能弥补活性炭脱砷吸附剂成本较高的缺点，又为废白土的综合治理和利用提供了一种新思路；同时本方法制得的吸附剂具有高选择性、高吸附性、可再生等特点。
附图说明
图1是本发明提供的一种利用废白土制备脱砷吸附剂的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步地解释。
实施例1
一种利用废白土制备脱砷吸附剂的方法，包括以下步骤：
1)称取适量的废白土于不锈钢反应舟中放入管式炉中，在N2气氛下，管式炉以5℃/min的升温速率从室温升至400℃，热解1h；之后取出，待其冷却后，用球磨机将其磨碎，过200目筛，得到筛分产物，置于干燥器中保存；
2)将筛分产物按照液固比为2:1投入到质量分数为50％的盐酸中充分混合，而后将混合溶液置于温度为70℃的恒温水浴锅中酸化2h，过滤，将过滤后的固体产物用蒸馏水漂洗至pH为4，再放入真空烘箱在温度为45℃的条件下，烘干10h，取出，即可得到再生白土；
3)取10g所述的再生白土按照液固比为10:1的比例放入0.6mol/l FeCl3溶液中浸渍，在20℃恒温环境下振荡24小时；
4)将经过恒温振荡后的产物，用去离子水洗涤至中性，在熟化温度为400℃烘箱中熟化2h，即可得到载铁白土脱砷吸附剂。
实施例2
一种利用废白土制备脱砷吸附剂的方法，包括以下步骤：
1)称取适量的废白土于不锈钢反应舟中放入管式炉中，在N2气氛下，管式炉以5℃/min的升温速率从室温升至600℃，热解0.5h；之后取出，待其冷却后，用球磨机将其磨碎，过200目筛，得到筛分产物，置于干燥器中保存；
2)将筛分产物按照液固比为4:1投入到质量浓度为30％的盐酸中充分混合，而后将混合溶液置于温度为80℃的恒温水浴锅中酸化5h，过滤，将过滤后的固体产物用蒸馏水漂洗至pH为5，再放入真空烘箱在温度为50℃的条件下，烘干8h，取出，即可得到再生白土；
3)取10g所述的再生白土按照液固比为8:1的比例放入1mol/l FeCl3溶液中浸渍，在20℃恒温环境下振荡24小时；
4)将经过恒温振荡后的产物，用去离子水洗涤至中性，在熟化温度为300℃烘箱中熟化3h，即可得到载铁白土脱砷吸附剂。
实施例3
一种利用废白土制备脱砷吸附剂的方法，包括以下步骤：
1)称取适量的废白土于不锈钢反应舟中放入管式炉中，在N2气氛下，管式炉以5℃/min的升温速率从室温升至500℃，热解0.75h；之后取出，待其冷却后，用碗式磨机将其磨碎，过200目筛，得到筛分产物，置于干燥器中保存；
2)将筛分产物按照液固比为3:1投入到质量浓度为40％的硫酸中充分混合，而后将混合溶液置于温度为75℃的恒温水浴锅中酸化3.5h，过滤，将过滤后的固体产物用蒸馏水漂洗至pH为4.3，再放入真空烘箱在温度为47℃的条件下，烘干9h，取出，即可得到再生白土；
3)取10g所述的再生白土按照液固比为9:1的比例放入0.8mol/LFeBr3溶液中浸渍，在23℃恒温环境下振荡23小时；
4)将经过恒温振荡后的产物，用去离子水洗涤至中性，在熟化温度为350℃烘箱中熟化2.8h，即可得到载铁白土脱砷吸附剂。
实施例4
一种利用废白土制备脱砷吸附剂的方法，包括以下步骤：
1)称取适量的废白土于不锈钢反应舟中放入管式炉中，在N2气氛下，管式炉以5℃/min的升温速率从室温升至550℃，热解0.65h；之后取出，待其冷却后，用碗式磨机将其磨碎，过200目筛，得到筛分产物，置于干燥器中保存；
2)将筛分产物按照液固比为2.5:1投入到质量浓度为45％的硫酸中充分混合，而后将混合溶液置于温度为80℃的恒温水浴锅中酸化2.5h，过滤，将过滤后的固体产物用蒸馏水漂洗至pH为4.6，再放入真空烘箱在温度为48℃的条件下，烘干8.5h，取出，即可得到再生白土；
3)取10g所述的再生白土按照液固比为8.5:1的比例放入0.85mol/L FeBr3溶液中浸渍，在24℃恒温环境下振荡23小时；
4)将经过恒温振荡后的产物，用去离子水洗涤至中性，在熟化温度为375℃烘箱中熟化2.3h，即可得到载铁白土脱砷吸附剂。

Claims (9)

1.一种利用废白土制备烟气脱砷吸附剂的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将废白土置于缺氧保护气氛中，在400～600℃温度下热解0.5～1h；之后取出待其自然冷却后，将其磨碎并过200目筛，得到筛分产物；
2)将步骤1)所述的筛分产物酸化2～5h，之后漂洗至pH为4～5，烘干后得到再生白土；
3)将步骤2)得到的再生白土浸渍在卤化铁溶液中，恒温环境下振荡22～24小时；
4)将步骤3)经过恒温振荡后的产物洗涤至中性，洗涤所用洗涤液为去离子水，之后置于烘箱中熟化2～3h，烘箱中熟化的温度为300～400℃，即可得到载铁白土脱砷吸附剂。
2.如权利要求1所述的一种利用废白土制备烟气脱砷吸附剂的方法，其特征在于：步骤1)所述的将废白土置于缺氧保护气氛中，在400～600℃温度下热解0.5～1h，是指将废白土置于不锈钢反应舟中后放入管式炉中，在400～600℃、N2为保护气氛下进行热解处理0.5～1h。
3.如权利要求1所述的一种利用废白土制备烟气脱砷吸附剂的方法，其特征在于：步骤1)所述的将其磨碎并过200目筛所用磨碎器具为球磨机或者碗式磨机。
4.如权利要求1所述的一种利用废白土制备烟气脱砷吸附剂的方法，其特征在于：步骤2)所述的将筛分产物酸化2～5h，是指将筛分产物与盐酸溶液或硫酸溶液混合，在温度范围为70～80℃的恒温水浴锅中酸化2～5h。
5.如权利要求4所述的一种利用废白土制备烟气脱砷吸附剂的方法，其特征在于：所述的盐酸溶液或硫酸溶液与筛分产物的液固比为2～4，其中盐酸溶液或硫酸溶液的质量分数均为30％～50％。
6.如权利要求1所述的一种利用废白土制备烟气脱砷吸附剂的方法，其特征在于：步骤2)所述漂洗至pH为4～5，烘干后得到再生白土，漂洗是指去离子水漂洗，烘干是指在真空烘箱中，在温度为45～50℃的条件下，烘干8～10h。
7.如权利要求1所述的一种利用废白土制备烟气脱砷吸附剂的方法，其特征在于：步骤3)所述将再生白土浸渍在卤化铁溶液中，是指将再生白土浸渍在FeCl3溶液或者FeBr3溶液中，且卤化铁溶液与再生白土液固比为8～10，FeCl3溶液或者FeBr3溶液的浓度为0.6～1.0mol/L。
8.如权利要求1所述的一种利用废白土制备烟气脱砷吸附剂的方法，其特征在于：步骤3)所述恒温环境下振荡22～24h，是指在温度为20～25℃的条件下振荡22～24h。
9.如权利要求1所述的一种利用废白土制备烟气脱砷吸附剂的方法，其特征在于：所述的废白土为炼油厂精制润滑油过程中使用活性白土脱色以后得到的废白土。
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