CN110357198A - 一种用于低浓度氨氮废水处理的吸附材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环保新材料领域，具体涉及一种用于低浓度氨氮废水处理的吸附材料及其制备方法。该材料的制备方法依次包括对基体材料的碱浸泡活化、对活化后基体材料的聚苯胺覆膜、对覆膜后的基体材料的铜溶液浸泡复合处理及与生物质材料及粘合剂混合后的成孔处理等步骤。本发明提供的吸附材料具有吸附量大、吸附能力强的特点，当低浓度氨氮废水流过此吸附材料时，氨氮就会被吸附到此材料上，达到除氨的目的。制备该吸附缓释材料的主要原料为二氧化硅、白炭黑及生物质材料等廉价产品，生产成本低。

Description

一种用于低浓度氨氮废水处理的吸附材料及其制备方法
技术领域
本发明属于环保新材料领域，具体涉及一种用于低浓度氨氮废水处理的吸附材料及其制备方法。
背景技术
当前对于氨氮废水的处理主要分为物理法、化学法及生化法，其中物理法及化学法对高浓度氨氮废水有极好的去除作用，生化法对于低浓度氨氮废水有极好的去除作用，但生化法处理氨氮废水存在以下缺点：第一是占地面积大、投资大，第二是需要消耗有机物，第三只能处理低盐类氨氮废水。物理法及化学法除氨由于其技术优势成为现有除氨技术的主流，但是对于低浓度氨氮废水其处理能力变差、同时运行成本增大。
发明内容
为克服现有技术中的不足，本发明提供一种用于低浓度氨氮废水处理的吸附材料及其制备方法，其主要使用方法是，当废水中氨氮浓度低于300mg/L 时，将此废水流经此吸附填料层，废水经过填料层时，废水中的氨氮被填料吸收，出水达到排放要求。等填料层吸附饱和后，经解析后可以得到高浓度的氨氮废水，将此高氨氮废水通过物理法或化学法处理即可。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于低浓度氨氮废水处理的吸附材料及其制备方法，其包括如下步骤：
S1.活化：将用160～1800目筛筛选后的基体材料投入反应器中并以碱溶液将其浸没，搅拌活化1-12h，离心分离并水洗至中性，干燥，即得活化基体材料，备用；
S2.覆膜：将S1中的活化基体材料与水混合，打浆得浆液，加入酸溶液，再依次加入苯胺和引发剂，引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾和过硫酸铵等过硫酸盐中的一种或多种，其可引发苯胺发生聚合反应并与基体材料充分混合，常温搅拌反应2-8h，抽滤、水洗、干燥、研磨、过筛，得到100～1000目覆膜基体材料；
S3.复合：将S2中的覆膜基体材料与含Cu2+溶液混合，用缓冲溶液调节体系的pH至6-7，40-80℃下恒温反应0.5-4h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至滤液中Cu2+<0.01mg/L,干燥，研磨，得粉末状含铜复合材料；
S4.成型:按照重量份数计，将40-60份S3中的含铜复合材料、10-20份粉末填充材料(粒径小于200目)、10-20份粉末成型材料、5-10份粘合剂和10-20份水搅拌混合均匀，然后于120-250℃下恒温干燥2-4h，冷却至室温，即得所述用于低浓度氨氮废水处理的吸附材料。
具体的，S1中的基体材料为二氧化硅、白炭黑和沸石中的任意一种或任意多种的混合。
具体的，S1的碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾，其浓度为0.5-6mol/L。
具体的，S2的酸溶液为盐酸、硫酸或硝酸，其浓度为0.5-3mol/L。
具体的，S2中浆液中活化基体材料与水的质量比为1：(5～20)，S2 中酸溶液的体积为浆液体积的1-10％。
具体的，S2中苯胺与活化基体材料的质量比为0.01-0.5：1，苯胺与引发剂的质量比为1：0.001-0.02。
具体的，S4中的填充材料为粉末活性炭、火山灰中的任一种或两种的混合。。
具体的，S4中的粘合剂为黏土或由植物胶、六偏磷酸钠、水组成的复合粘合剂。
本发明还提供一种用于低浓度氨氮废水处理的吸附材料及其制备方法，其通过上述方法制备得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明提供的吸附材料的吸附量大、吸附能力强，当低浓度氨氮废水流经此吸附材料层时，出水氨氮浓度可低于1-5mg/L；
2)制备该吸附材料的主要原料为二氧化硅、白炭黑、沸石及生物质材料等廉价产品，故其生产成本较低。
3)此吸附材料针对氨氮浓度在15-500mg/L的废水皆具有良好的去除作用与效果；
4)采用此吸附材料处理低浓度氨氮废水与生化法处理低浓度氨氮废水相比可节约占地面积50％以上。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
S1.活化：将粒径为200-1800目的二氧化硅基体材料投入反应器中并以 0.5mol/L的碱酸溶液将其浸没，搅拌活化6h，离心分离并水洗至中性，干燥，即得活化基体材料，备用；
S2.覆膜：将S1中的活化基体材料40g与300mL水混合，打浆得浆液，加入0.5mol/L的盐酸溶液10.0mL，再依次加入8g苯胺和0.05g引发剂，常温搅拌反应4h，抽滤、水洗、干燥、研磨、过筛，即得覆膜基体材料,其粒径为200-1000目；
S3.复合：将S2中的覆膜基体材料30g与含Cu2+100mg/L的溶液200mL 混合，用NaAC-HAC缓冲溶液调节体系的pH至6.5，50℃下恒温反应4h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至Cu2+含量低于0.01mg/L,干燥，研磨，得粉末状含铜复合材料，其粒径在200目以下(等于或小于200目颗粒的粒径)；
S4.成型:按照重量份数计，将60份S3中的含铜复合材料、10份氧化镁 (粒径小于200目)、10份火山灰、5份黏土和15份水搅拌混合均匀，然后于150℃下锻烧4h，冷却至室温，即得所述用于低浓度氨氮废水处理的吸附材料。
实施例2
S1.活化：将粒径为200-2000目的高岭土基体材料投入反应器中并以 4mol/L的盐酸溶液将其浸没，搅拌活化1h，离心分离并水洗至中性，干燥，即得活化基体材料，备用；
S2.覆膜：将S1中的活化基体材料50g与400mL水混合，打浆得浆液，加入4mol/L的盐酸溶液25mL，再依次加入40g苯胺和0.06g引发剂，常温搅拌反应2-8h，抽滤、水洗、干燥、研磨、过筛，即得覆膜基体材料,其粒径为200-2000目；
S3.复合：将S2中的覆膜基体材料40g与含Cu2+800mg/L的溶液250mL 混合，用NaAC-HAC缓冲溶液调节体系的pH至6，60℃下恒温反应2h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至Cu2+含量低于0.01mg/L,干燥，研磨，得粉末状含铜复合材料，其粒径在200目以下；
S4.成型:按照重量份数计，将65份S3中的含铜复合材料、10份氧化镁 (粒径小于200目)、5份粉末活性炭、5份黏土、5份植物胶和10份水搅拌混合均匀，然后于200℃下干燥4h，冷却至室温，即得所述用于低浓度氨氮废水的吸附材料。
吸附性能检测：
将通过以上方法制备好的吸附材料用在氨氮污水处理中，用不同浓度的氨氮废水流经由上述复合材料填充的吸附器，测试结果如下表所示：
项目
进水氨氮浓度(mg/L) 50 35 120
出水氨氮浓度(mg/L) 1.8 1.2 3.2
从上表中的数据可知，本发明制备的用于低浓度氨氮废水的吸附材料对低浓度氨氮废水有较好的吸附作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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)

1.一种用于低浓度氨氮废水处理的吸附材料及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.活化：将筛选后的基体材料投入反应器中并以碱溶液将其浸没，搅拌活化1-12h，离心分离并水洗至中性，干燥，即得活化基体材料，备用；
S2.覆膜：将S1中的活化基体材料与水混合，打浆得浆液，加入酸溶液，再依次加入苯胺和引发剂，常温搅拌反应2-6h，抽滤、水洗、干燥、研磨、过筛，即得覆膜基体材料；
S3.复合：将S2中的覆膜基体材料与含Cu2+溶液混合，用缓冲溶液调节体系的pH至6-7，40-80℃下恒温反应0.5-4h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至洗涤滤液中Cu2+含量低于0.01mg/L,干燥，研磨，得粉末状含铜复合材料；
S4.成型:按照重量份数计，将40-60份S3中的含铜复合材料、10-20份成型材料、10-20分填充材料、5-10份粘合剂和10-20份水搅拌混合均匀，然后于120-250℃下干燥3-20h，冷却至室温，即得所述氨氮吸附材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于低浓度氨氮废水处理的吸附材料及其制备方法，其特征在于，S1中的基体材料为二氧化硅、白炭黑和沸石中的任意一种或任意多种的混合。
3.根据权利要求1所述的一种用于低浓度氨氮废水处理的吸附材料及其制备方法，其特征在于，S1中的碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾，其浓度为0.5-6mol/L。
4.根据权利要求1所述的一一种用于低浓度氨氮废水处理的吸附材料及其制备方法，其特征在于，S2中的酸溶液为盐酸、硫酸或硝酸，其浓度为0.5-3mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种用于低浓度氨氮废水处理的吸附材料及其制备方法，其特征在于，S2中浆液中活化基体材料与水的质量比为1：(5～20)，S2中酸溶液的体积为浆液体积的1-10％。
6.根据权利要求1所述的一种用于低浓度氨氮废水处理的吸附材料及其制备方法，其特征在于，S2中苯胺与活化基体材料的质量比为0.05-0.5：1，苯胺与引发剂的质量比为1：0.001-0.02，所述引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾和过硫酸铵中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种用于低浓度氨氮废水处理的吸附材料及其制备方法，其特征在于，S4中的成型材料为氧化镁、氧化铁、氧化铝中的任一种或任意多种的混合。
8.根据权利要求1所述的一种用于低浓度氨氮废水处理的吸附材料及其制备方法，其特征在于，S4中的填充材料为粉末活性炭、火山灰中的任一种或两种的混合。
9.根据权利要求1至8任一项所述的一种用于低浓度氨氮废水处理的吸附材料及其制备方法，其特征在于，S4中的粘合剂为黏土或由植物胶、六偏磷酸钠、水组成的复合粘合剂。
10.一种用于低浓度氨氮废水处理的吸附材料及其制备方法，其特征在于，通过权利要求1至9任一项所述的方法制备得到。
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