CN110773117A - 一种利用废弃玻璃及水泥块制备玻璃轻石及吸附重金属的方法 - Google Patents

一种利用废弃玻璃及水泥块制备玻璃轻石及吸附重金属的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用废弃玻璃及水泥块制备玻璃轻石及吸附重金属的方法，该制备方法步骤如下：(1)将回收的废弃玻璃及水泥块进行粉碎研磨，清洗后烘干，收集备用；(2)将废弃玻璃、碳酸钙、硼酸和水泥块以10：4：3：10的质量比混合，混合均匀后置于马弗炉中煅烧，当温度达到预设温度后自动降温，冷却后取出；(3)将步骤(2)制备的玻璃轻石洗净，粉碎机粉碎，收集粒径在16‑18目之间即得。本发明使用的废弃玻璃及水泥块来源广泛，进入水体无二次污染，制备得到的玻璃轻石具有除重金属Pb效果好、成本低廉、来源丰富、操作简便的优点，符合当前环境下以废治废的清洁生产理念，具有良好的环境效益和社会效益。

Description

一种利用废弃玻璃及水泥块制备玻璃轻石及吸附重金属的 方法
技术领域
本发明属于含重金属污水处理领域，具体涉及一种利用废弃玻璃及水泥块制备玻璃轻石及吸附重金属的方法。
背景技术
随着工业的发展，大量的重金属排入土壤及河流、湖泊和海洋等水体中，危害水生态环境。人为污染源主要包括采矿和冶炼、金属加工、化工、废电池处理、电子、造革和染料、大气干湿沉降、农药和化肥等，是造成水体重金属污染的主要原因。重金属污染物进入水中主要通过沉淀溶解、氧化还原、配合络合、胶体形成、吸附解析等一系列化学作用迁移转化，参与和干扰各种环境化学过程和物质循环，最终以一种或多种形态长期存留在环境中，造成永久性的潜在危害。目前已开发应用的针对含有重金属的废水处理方法主要有物理法，物理化学法，生物法，比如化学沉淀、电解、离子交换、膜分离、活性炭和硅胶吸附、生物絮凝、生物吸附等方法。离子交换、电解等方法对重金属有很好的去除效果，但成本较高。生物方法成本低且无二次污染，但是出水稳定性较差，对外部环境比较敏感。
在重金属吸附去除实验中，稳定化材料是影响处理效果的关键因素。高效的、低廉的稳定化处理材料，既能提高对水体中重金属的稳定化效果，又能有效地降低修复工程的费用。因此如何选择去除重金属能力强、成本低廉、操作简便的材料，已经成为水处理研究的热点。废弃水泥块和废弃玻璃同时具有来源广泛，价格便宜，获取途径简易的特点。此外，这两种原始材料可以在催化剂的作用下发泡，形成新的多孔材料。新型的多空材料因其具有更强的硬度和更大的比表面积，可以对水体中的重金属具有更好的吸附去除效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用废弃玻璃及水泥块制备玻璃轻石及吸附重金属的方法。
本发明上述目的通过如下技术方案实现：
一种利用废弃玻璃及水泥块制备玻璃轻石的方法，步骤如下：
(1)将回收的废弃玻璃及水泥块进行粉碎研磨，清洗后烘干，收集备用；
(2)将废弃玻璃、碳酸钙、硼酸和水泥块以10：4：3：10的质量比混合，混合均匀后置于马弗炉中煅烧，当温度达到预设温度后自动降温，冷却后取出；
(3)将步骤(2)制备的玻璃轻石洗净，粉碎机粉碎，收集粒径在16-18目之间即得。
进一步地，步骤(1)中清洗后于100℃下烘干。
进一步地，步骤(2)中，煅烧温度为1000℃。
上述任一所述方法制备的玻璃轻石在吸附重金属Pb的应用。
进一步地，上述玻璃轻石吸附重金属Pb的步骤如下：称取0.5g上述制备的玻璃轻石加入浓度为0.5mg/L的含重金属溶液中，溶液pH为7，在常温下，恒温搅拌振荡，一定时间后，过滤，加入一定质量百分浓度的硝酸，用ICP-oes测定重金属浓度。
更进一步地，以120r/min的速度进行恒温振荡。
更进一步地，用0.22微米水系滤头过滤。
更进一步地，硝酸质量百分浓度为1％。
有益效果：
本发明使用的废弃玻璃及水泥块来源广泛，进入水体无二次污染，制备得到的玻璃轻石具有除重金属Pb效果好、成本低廉、来源丰富、操作简便的优点，符合当前环境下以废治废的清洁生产理念，具有良好的环境效益和社会效益。
附图说明
图1为吸附量随震荡时间变化图；
图2为玻璃轻石投加量与吸附量及去除效率的关系图；
图3为吸附量随重金属液初始浓度变化图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例具体介绍本发明实质性内容，但并不以此限定本发明的保护范围。
一、玻璃轻石的制备
1.1、将回收的废弃玻璃及水泥块进行粉碎研磨，清洗后在100℃下烘干，收集备用。
1.2、材料配比及温度的确定
将废弃玻璃、碳酸钙和硼酸以10：10：1的质量比混合，混合均匀后置于马弗炉中煅烧，在温度达到1000℃之后自动降温，冷却后取出。
保持废弃玻璃和碳酸钙质量及操作条件不变，分别调整硼酸比例为2、3、4、5，最终确定硼酸加入量为3份时，改性材料硬度最大。
确定硼酸投入量后，保持废弃玻璃投入量为10份，硼酸投入量为3份不变，在相同的操作条件下，分别调整碳酸钙比例为9、8、7、6、5、4、3、2、1，结果显示，碳酸钙含量过高时，样品不成形；碳酸钙含量过低时，样品孔隙率小，最终确定碳酸钙加入量为4份。
确定硼酸及碳酸钙投入量后，保持相同的操作条件不变，分别加入1-15份的水泥块。结果显示，水泥块占比较高时，样品成粉末状；水泥块占比较低时，样品孔隙率过小，最终确定水泥加入量为10份。
确认材料配比后，调整马弗炉温度，在500℃到1200℃之间以每次50℃的温度差，依次对材料进行灼烧。结果显示，温度较低时，玻璃未能融化，样品呈粉末状，温度高于950℃时样品成型，温度超过1000℃时，样品具有较高的孔隙率，因此确定温度为1000℃。
将材料放入马弗炉中加热至400℃保持15min，再加热至600℃保持10min，再加热至800℃保持10min，最后加热至1000℃。结果显示，其制备效果与直接加热相似，但耗费时间过长，因此不予采用，在材料的制备过程中选用直接加热法即可。
综上所述，将废弃玻璃、碳酸钙、硼酸和水泥块以10：4：3：10的质量比混合，混合均匀后置于马弗炉中煅烧，当温度达到1000℃后自动降温，冷却后取出。
1.3、取出后洗净，粉碎机粉碎，收集粒径在16-18目之间即得玻璃轻石。
二、玻璃轻石对重金属的吸附效果
2.1、震荡时间与吸附量的关系
实施例1：
取50ml浓度为0.5mg/L的Pb重金属液于250ml锥形瓶中，向锥形瓶中加入0.5g玻璃轻石，控制温度为25℃，以120rpm的速度进行震荡，1h后去除，过0.22微米水系滤头，加入百分之一的硝酸，用ICP-oes测定重金属浓度。最终测得重金属吸附容量为0.009mg/g。
实施例2：
取50ml浓度为0.5mg/L的Pb重金属液于250ml锥形瓶中，向锥形瓶中加入0.5g玻璃轻石，控制温度为25℃，以120rpm的速度进行震荡，2h后去除，过0.22微米水系滤头，加入百分之一的硝酸，用ICP-oes测定重金属浓度。最终测得重金属吸附容量为0.014mg/g。
实施例3：
取50ml浓度为0.5mg/L的Pb重金属液于250ml锥形瓶中，向锥形瓶中加入0.5g玻璃轻石，控制温度为25℃，以120rpm的速度进行震荡，4h后去除，过0.22微米水系滤头，加入百分之一的硝酸，用ICP-oes测定重金属浓度。最终测得重金属吸附容量为0.024mg/g。
实施例4：
取50ml浓度为0.5mg/L的Pb重金属液于250ml锥形瓶中，向锥形瓶中加入0.5g玻璃轻石，控制温度为25℃，以120rpm的速度进行震荡，8h后去除，过0.22微米水系滤头，加入百分之一的硝酸，用ICP-oes测定重金属浓度。最终测得重金属吸附容量为0.034mg/g。
实施例5：
取50ml浓度为0.5mg/L的Pb重金属液于250ml锥形瓶中，向锥形瓶中加入0.5g玻璃轻石，控制温度为25℃，以120rpm的速度进行震荡，12h后去除，过0.22微米水系滤头，加入百分之一的硝酸，用ICP-oes测定重金属浓度。最终测得重金属吸附容量为0.035mg/g。
由实施例1、2、3、4、5所得结果可以看出，震荡时间设置为10h时，玻璃轻石对重金属Pb的吸附量达到最大值并趋于稳定(如图1所示)。
2.2、玻璃轻石投加量与吸附量及去除效率的关系
实施例6：
取50ml浓度为0.5mg/L的Pb重金属液于250ml锥形瓶中，向锥形瓶中加入0.8g玻璃轻石，控制温度为25℃，以120rpm的速度进行震荡，10h后去除，过0.22微米水系滤头，加入百分之一的硝酸，用ICP-oes测定重金属浓度。最终测得重金属吸附容量为0.010mg/g，去除率为85％。
实施例7：
取50ml浓度为0.5mg/L的Pb重金属液于250ml锥形瓶中，向锥形瓶中加入0.6g玻璃轻石，控制温度为25℃，以120rpm的速度进行震荡，10h后去除，过0.22微米水系滤头，加入百分之一的硝酸，用ICP-oes测定重金属浓度。最终测得重金属吸附容量为0.012mg/g，去除率为75％。
实施例8：
取50ml浓度为0.5mg/L的Pb重金属液于250ml锥形瓶中，向锥形瓶中加入0.4g玻璃轻石，控制温度为25℃，以120rpm的速度进行震荡，10h后去除，过0.22微米水系滤头，加入百分之一的硝酸，用ICP-oes测定重金属浓度。最终测得重金属吸附容量为0.019mg/g，去除率为30％。
实施例9：
取50ml浓度为0.5mg/L的Pb重金属液于250ml锥形瓶中，向锥形瓶中加入0.2g玻璃轻石，控制温度为25℃，以120rpm的速度进行震荡，10h后去除，过0.22微米水系滤头，加入百分之一的硝酸，用ICP-oes测定重金属浓度。最终测得重金属吸附容量为0.040mg/g，去除率为27％。
由实施例6、7、8、9所得结果可以看出，玻璃轻石投入量约为0.5g/50ml时，对Pb的吸附量和去除率同时达到最好的效果(如图2所示)。
2.3、重金属液初始浓度与吸附量的关系
实施例10：
取50ml浓度为1mg/L的Pb重金属液于250ml锥形瓶中，向锥形瓶中加入0.5g玻璃轻石，控制温度为25℃，以120rpm的速度进行震荡，10h后去除，过0.22微米水系滤头，加入百分之一的硝酸，用ICP-oes测定重金属浓度。最终测得重金属吸附容量为0.033mg/g。
实施例11：
取50ml浓度为1.5mg/L的Pb重金属液于250ml锥形瓶中，向锥形瓶中加入0.5g玻璃轻石，控制温度为25℃，以120rpm的速度进行震荡，10h后去除，过0.22微米水系滤头，加入百分之一的硝酸，用ICP-oes测定重金属浓度。最终测得重金属吸附容量为0.050mg/g。
实施例12：
取50ml浓度为2.5mg/L的Pb重金属液于250ml锥形瓶中，向锥形瓶中加入0.5g玻璃轻石，控制温度为25℃，以120rpm的速度进行震荡，10h后去除，过0.22微米水系滤头，加入百分之一的硝酸，用ICP-oes测定重金属浓度。最终测得重金属吸附容量为0.066mg/g。
实施例13：
取50ml浓度为4mg/L的Pb重金属液于250ml锥形瓶中，向锥形瓶中加入0.5g玻璃轻石，控制温度为25℃，以120rpm的速度进行震荡，10h后去除，过0.22微米水系滤头，加入百分之一的硝酸，用ICP-oes测定重金属浓度。最终测得重金属吸附容量为0.079mg/g。
由实施例10、11、12、13所得结果可以看出，玻璃轻石对Pb的吸附量随着重金属液初始浓度的增加而增加(如图3所示)。
本发明使用的废弃玻璃及水泥块来源广泛，进入水体无二次污染，制备得到的玻璃轻石具有除重金属Pb效果好、成本低廉、来源丰富、操作简便的优点，符合当前环境下以废治废的清洁生产理念，具有良好的环境效益和社会效益。
上述实施例的作用在于具体介绍本发明的实质性内容，但本领域技术人员应当知道，不应将本发明的保护范围局限于该具体实施例。

Claims (8)

1.一种利用废弃玻璃及水泥块制备玻璃轻石的方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将回收的废弃玻璃及水泥块进行粉碎研磨，清洗后烘干，收集备用；
(2)将废弃玻璃、碳酸钙、硼酸和水泥块以10：4：3：10的质量比混合，混合均匀后置于马弗炉中煅烧，当温度达到预设温度后自动降温，冷却后取出；
(3)将步骤(2)制备的玻璃轻石洗净，粉碎机粉碎，收集粒径在16-18目之间即得。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中清洗后于100℃下烘干。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，煅烧温度为1000℃。
4.上述任一所述方法制备的玻璃轻石在吸附重金属Pb的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，特征在于，步骤如下：称取0.5g上述制备的玻璃轻石加入浓度为0.5mg/L的含重金属溶液中，溶液pH为7，在常温下，恒温搅拌振荡，一定时间后，过滤，加入一定质量百分浓度的硝酸，用ICP-oes测定重金属浓度。
6.根据权利要求5所述的应用，特征在于：以120r/min的速度进行恒温振荡。
7.根据权利要求5所述的应用，特征在于：用0.22微米水系滤头过滤。
8.根据权利要求5所述的应用，特征在于：硝酸质量百分浓度为1％。
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