CN109012641A - 一种改性钢渣重金属吸附剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改性钢渣重金属吸附剂的制备方法，属于水处理技术领域；该方法包括如下步骤：(1)材料的预处理，(2)改性处理，(3)吸附剂的烧制；具体方法是将钢渣粉碎过筛，粉碎后的钢渣颗粒用蒸馏水洗净，晾干，烘干，备用；炉灰用蒸馏水洗净，晾干，烘干备用；取烘干后的钢渣和炉灰粉末，使用NaOH溶液，调节pH，加入高锰酸钾试剂，搅拌反应40‑60min，反应后过滤、晾干备用；在改性后的钢渣炉灰混合物中，加入粘合剂壳聚糖，均匀混合后，高温焙烧，煅烧后将混合物冷却，混匀粉碎至20目的颗粒状，即得到该重金属吸附剂；本发明使用工业废弃物为主要原料，经改性处理后，生产出的重金属吸附剂效率高、稳定性强，对温度和pH等使用条件的适应范围广，具有良好的经济效益和环境效益。

Description

一种改性钢渣重金属吸附剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种重金属吸附剂，具体涉及一种改性钢渣重金属吸附剂，属于水处理技术领域。
背景技术
蓬勃的工业发展，在带来可观的经济效益的同时，也带来了严重的环境重金属污染。重金属对人体极具毒性，且容易在环境中富集，难以自然降解。目前常用的重金属废水处理技术主要有化学沉淀法、氧化还原法、离子交换、吸附法、膜分离法、生物法等。吸附法因其材料便宜易得，成本低，去除效果好而一直受到人们的期待。吸附法所使用的材料即为重金属吸附剂。在当前治理与发展相协同的时代背景下，重金属吸附剂的研究，是极赋前景与环境意义的研究方向。
重金属吸附剂一般有以下特点：大的比表面、适宜的孔结构及表面结构；对吸附质有强烈的吸附能力；一般不与吸附质和介质发生化学反应；制造方便、容易再生；有极好的吸附性和机械性特性。可按孔径大小、颗粒形状、化学成分、表面极性等分类，如粗孔和细孔吸附剂，粉状、粒状、条状吸附剂，碳质和氧化物吸附剂，极性和非极性吸附剂等。按作用机理，可分为形成硫化物沉淀类、形成螯合物沉淀类、矿化稳定类、物理/化学吸附类、分子键合类及生物吸附剂。重金属吸附剂可以为单质吸附剂，即单一成分的吸附剂，也可为复合吸附剂，复合成分可以为一种或多种。现行吸附剂的研究主要包括活性炭、石墨、粘土、壳聚糖、粉煤灰、海藻、腐植酸、农业废弃物、树脂、膨润土和微生物等。吸附材质表面的改性加工，可以起到强化吸附速率和饱和度的作用。
重金属吸附剂具有以下特性：
1)稳定性：与重金属离子形成稳定的聚合物，在强酸和强碱性环境下均不会析出重金属离子，在-100度至300度的温度范围内重金属螯合物也非常稳定，在自然环境下，可保持长达数百年的聚合物稳定性；
2)灵敏性：对废水中恒量的金属离子非常有效，可以将废水中的有毒金属离子含量降低到零；
3)无毒性：为稳定高分子聚合物，因此不会给环境带来二次污染。
重金属吸附剂法目前正广泛应用与热电厂、电镀厂，用于各种电镀清洗及电镀污水重金属去除效果特好。
专利申请号为CN201410335421.X的专利公开了一种改性草纤维吸附重金属的吸附剂及其制备方法。该发明采用采用的技术方案如下：将笈笈草粉碎、烘干，取一定量草粉，加入少许水，用0.1M的氢氧化钠溶液将pH调节在7.5-10.5，在20-30摄氏度下搅拌反应60-80分钟，再加入30％双氧水反应60分钟。反应完成后抽滤、洗涤、干燥，即得到该专利的重金属吸附剂。
专利申请号为CN201410332666.7的专利公开了一种改性笈笈草与菌体混合物重金属吸附剂。其技术方案如下：将笈笈草粉碎、烘干，取一定量草粉，加入少许水，用0.1M的氢氧化钠溶液将pH调节在7.5-10.5，在120-150摄氏度下反应60-80min，此过程在不断搅拌中完成。反应完成后，加入一定量的地衣芽孢杆菌S1，以乳糖为介质，搅拌均匀，抽滤、洗涤、干燥，即得到该重金属吸附剂。
发明内容
本发明的目的是提供一种改性钢渣重金属吸附剂，采用钢铁企业的钢渣废弃物作为主要成分，加入炉灰、壳聚糖作为辅助材料，在一定比例下，通过氧化和焙烧改性加工，生成了一种耐受能力强的高效重金属吸附剂。
为实现上述发明的目的，本发明采取的技术方案如下：一种改性钢渣重金属吸附剂，包括如下步骤：
材料的预处理：将钢渣用粉碎机粉碎过筛，颗粒粒度控制在20目，粉碎后的钢渣颗粒用蒸馏水洗净，晾干，置于烘箱中70℃烘干60min，备用；炉灰用蒸馏水洗净、晾干，置于烘箱中50℃烘干60min备用；
改性处理：取烘干后的钢渣和炉灰粉末，以钢渣：炉灰为7：3的比例混合，使用1％的NaOH溶液，调节pH至9-10.5，加入一定量的高锰酸钾试剂，使反应体系中高锰酸钾的浓度为10-20mg/L，在80℃下搅拌反应40-60min，反应后过滤、晾干备用；
吸附剂的烧制：将在改性后的钢渣炉灰混合物中，加入粘合剂壳聚糖，加入的壳聚糖的量为10-15mg/g钢渣炉灰混合物；均匀混合后，在500℃下高温焙烧60min，煅烧后将混合物冷却，混匀粉碎至20目的颗粒状，即得到该重金属吸附剂。
本发明提供了一种废弃物资源化的重金属吸附剂的制备方法。本发明使用工业废弃物为主要原料，经改性处理后，生产出的重金属吸附剂效率高、稳定性强，对温度和pH等使用条件的适应范围广，实现工业废物的再利用，具有良好的经济效益和环境效益。
具体实施方式
下面通过实例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用于说明本发明，并不限制本发明的范围。
实施例1
一种废弃物资源化的重金属吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)材料的预处理：将钢渣用粉碎机粉碎过筛，颗粒粒度控制在20目，粉碎后的钢渣颗粒用蒸馏水洗净，晾干，置于烘箱中70℃烘干60min，备用；炉灰用蒸馏水洗净、晾干，置于烘箱中50℃烘干60min备用；
(2)改性处理：取烘干后的钢渣和炉灰粉末，以钢渣：炉灰为7：3的比例混合，使用1％的NaOH溶液，调节pH至9，加入一定量的高锰酸钾试剂，使反应体系中高锰酸钾的浓度为10mg/L，在80℃下搅拌反应40min，反应后过滤、晾干备用；
(3)吸附剂的烧制：将在改性后的钢渣炉灰混合物中，加入粘合剂壳聚糖，加入的壳聚糖的量为10mg/g钢渣炉灰混合物；均匀混合后，在500℃下高温焙烧60min，煅烧后将混合物冷却，混匀粉碎至20目的颗粒状，即得到该重金属吸附剂。
实施例2
一种废弃物资源化的重金属吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)材料的预处理：将钢渣用粉碎机粉碎过筛，颗粒粒度控制在20目，粉碎后的钢渣颗粒用蒸馏水洗净，晾干，置于烘箱中70℃烘干60min，备用；炉灰用蒸馏水洗净、晾干，置于烘箱中50℃烘干60min备用；
(2)改性处理：取烘干后的钢渣和炉灰粉末，以钢渣：炉灰为7：3的比例混合，使用1％的NaOH溶液，调节pH至10.5，加入一定量的高锰酸钾试剂，使反应体系中高锰酸钾的浓度为20mg/L，在80℃下搅拌反应60min，反应后过滤、晾干备用；
(3)吸附剂的烧制：将在改性后的钢渣炉灰混合物中，加入粘合剂壳聚糖，加入的壳聚糖的量为15mg/g钢渣炉灰混合物；均匀混合后，在500℃下高温焙烧60min，煅烧后将混合物冷却，混匀粉碎至20目的颗粒状，即得到该重金属吸附剂。
实施例3
一种废弃物资源化的重金属吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)材料的预处理：将钢渣用粉碎机粉碎过筛，颗粒粒度控制在20目，粉碎后的钢渣颗粒用蒸馏水洗净，晾干，置于烘箱中70℃烘干60min，备用；炉灰用蒸馏水洗净、晾干，置于烘箱中50℃烘干60min备用；
(2)改性处理：取烘干后的钢渣和炉灰粉末，以钢渣：炉灰为7：3的比例混合，使用1％的NaOH溶液，调节pH至10，加入一定量的高锰酸钾试剂，使反应体系中高锰酸钾的浓度为15mg/L，在80℃下搅拌反应50min，反应后过滤、晾干备用；
(3)吸附剂的烧制：将在改性后的钢渣炉灰混合物中，加入粘合剂壳聚糖，加入的壳聚糖的量为13mg/g钢渣炉灰混合物；均匀混合后，在500℃下高温焙烧60min，煅烧后将混合物冷却，混匀粉碎至20目的颗粒状，即得到该重金属吸附剂。
吸附性能的测定：进行取本专利的重金属吸附剂1g，加入50ml浓度为10mg/L的Mn(NO3)2溶液，在反应温度为室温至70摄氏度、反应pH为8-10.5的反应条件范围内，以不同反应条件组合，重复试验5次，试验在搅拌中反应1h，抽滤除渣，滤液参照标准HJ 776-2015水质32种元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法，使用等离子光谱(ICP)测定其中的Mn2+的浓度变化，计算吸附率(按下述公式)。经计算，不同反应条件下，Mn2+的吸附率均可稳定达到85％以上。
取某冷轧废水，使用该重金属吸附剂，以1g/L的使用浓度，在室温下，搅拌反应1h，测试对水体中各种重金属离子的吸附率。数据如下表1所示。该吸附剂对废水中各种重金属离子均有较好的吸附效果。
表1吸附前后水样分析数据(mg/L)
Ca2+ Mn2+ Zn2+ Mg2+ Fe2+
吸附前(mg/L) 5.21 7.68 9.53 2.57 3.46
吸附后(mg/L) 1.52 0.98 2.24 0.87 0.76
吸附率％ 70.8 87.2 76.5 66.1 78.0

Claims (4)

1.一种改性钢渣重金属吸附剂的制备方法，其特征在于：该制备方法包括如下步骤：
(1)材料的预处理：将钢渣用粉碎机粉碎过筛，颗粒粒度控制在20目，粉碎后的钢渣颗粒用蒸馏水洗净，晾干，置于烘箱中70℃烘干60min，备用；炉灰用蒸馏水洗净、晾干，置于烘箱中50℃烘干60min备用；
(2)改性处理：取烘干后的钢渣和炉灰粉末，使用1％的NaOH溶液，调节pH至9-10.5，加入高锰酸钾试剂，在80℃下搅拌反应40-60min，反应后过滤、晾干备用；
(3)吸附剂的烧制：将在改性后的钢渣炉灰混合物中，加入粘合剂壳聚糖，均匀混合后，在500℃下高温焙烧60min，煅烧后将混合物冷却，混匀粉碎至20目的颗粒状，即得到该重金属吸附剂。
2.根据权利要求1所述的一种改性钢渣重金属吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的钢渣：炉灰为7：3。
3.根据权利要求1所述的一种改性钢渣重金属吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述的高锰酸钾试剂的加入量为使反应体系中高锰酸钾的浓度为10-20mg/L。
4.根据权利要求1所述的一种改性钢渣重金属吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述的壳聚糖的加入量为10-15mg/g钢渣炉灰混合物。
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