CN111001376A - 一种高效吸附铜离子的SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高效吸附铜离子的SiO2‑Al2O3‑CaO‑MgO四元体系吸附剂的制备方法,属于建筑材料技术领域。将工业原料粉煤灰、石灰石、镁渣混合均匀后煅烧,冷却后造粒粉磨即可得到四元体系吸附剂,其化学组成主要为SiO2、Al2O3、CaO、MgO,各化学组成的含量为26‑42%、6‑17%、38‑49%、1‑13%,矿物组成主要包括大量的玻璃相以及少量的结晶相。化学组成的含量为32.74%SiO2、14.88%Al2O3、46.22%CaO、6.16%MgO的四元体系吸附剂对铜离子的去除率可达100%。本发明工艺简单、设备简单,并且能高效的去除废水中的铜离子,具有重大的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域,涉及一种高效吸附铜离子的SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂的制备方法。
背景技术
铜废水污染是重金属废水污染中比较常见的一种,石油冶炼、黄铜制造、采矿、电池制造等行业是造成环境中铜排放的主要渠道。铜是人体生长发育必不可少的一种微量元素,其辅助造血功能对人体健康起着至关重要的作用,但是,人体超额摄入铜可能会导致严重的身体疾病,比如肾脏损伤、毛细血管损伤、肝脏损伤以及贫血等。因此,含铜废水在排放前进行处理是十分必要的。
目前,对于废水中重金属离子的去除方法主要有化学沉淀法、离子交换法、吸附法、膜过滤法和电化学方法等。吸附法是一种利用固体吸附剂去除废水中杂质的方法,这种方法的优势主要有反应过程速度快、吸附效率高、操作设施方便简单等,因此,越来越多的人将这种方法用来进行废水中重金属杂质的去除。近年来,处理重金属废水应用比较多的吸附剂主要有活性炭、农业固废、工业固废、一些天然吸附剂等,其中活性炭已被成熟应用于处理铬、砷、铜等重金属废水,但是由于活性炭对其他很多重金属不易或难吸附,并且使用寿命短,所以活性炭在应用中还存在一定的局限性。
高炉渣是在高炉炼铁过程中产生的一种玻璃体结构的固体废弃物,它的主要成分包括CaO、SiO2、MgO以及Al2O3等,这种物质属于硅酸盐体系,主要是硅氧四面体[SiO4]4-在聚合作用下通过互相连接而形成的网络状结构。目前的一些表明,炼钢厂直接排放的特定化学组成的高炉渣矿物组成主要为玻璃相,含量可达95%以上,对重金属离子的去除效果不理想。因此,利用廉价工业原料,模拟高炉渣的制备过程,通过改变高炉渣的化学组成,增加结晶相的组分,寻找一种工艺简单、对重金属离子去除效率高的SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂,将极大有利于工业废水的处理。
发明内容
针对以上问题,本发明提供一种工艺简单、设备简单、铜离子去除率高、有效节约资源和降低生产成本的SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂的制备方法。
本发明采用的具体方案如下:
将工业原料粉煤灰、石灰石、镁渣混合均匀后放入高温炉中进行煅烧,煅烧气氛为空气,升温制度为原料由室温经100min升至1500℃,保温30min后出炉,用风扇冷却装置进行冷却处理,冷却后进行造粒,采用玛瑙行星球磨机粉磨后过200目分样筛,即得到SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂。其中所用的各工业原料的化学组成如表1:
表1 工业原料的化学组成(%)
当三种工业原料不能达到所需配制比例时,可以加入一定质量的化学试剂SiO2或Al2O3。
通过上述步骤制备的四元体系吸附剂,化学组成主要为SiO2、Al2O3、CaO、MgO,各化学组成的含量为26-42%、6-17%、38-49%、1-13%,其中,m(SiO2)/m(Al2O3)=2.2,m(CaO)/m(MgO)=5.5-8。另外,四元体系的矿物组成主要包括玻璃相(>60%)以及结晶相(<40%),包括镁硅钙石(Ca3MgSi2O8)、钙铝黄长石(Ca2Al2SiO7)、以及少量具有水化活性的活性矿物硅酸二钙(Ca2SiO4)。
吸附过程中是由硝酸铜和去离子水配成模拟铜离子废水溶液,废水中铜离子与加入的SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂的质量比=1/300,吸附条件废水pH值为5.11、吸附时间为60min,吸附温度为25℃,测定吸附后溶液中铜离子的含量。
本发明的优点是:
(1)SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂的制备工艺简单、设备简单、原料易得;利用石灰石、粉煤灰、镁渣等工业废渣制备吸附剂去除废水中的铜离子,以废制废,充分利用资源的同时减轻了环境污染。
(2)制备的四元体系吸附剂具有大量的玻璃相以及少量的结晶相,结构中存在吸附铜离子的空位,有利于废水中铜离子的去除;
(3)此方法在使用过程中对铜离子具有较高的去除效率,去除率可达75%以上,下述实施例1、3、4中吸附后溶液中铜离子的浓度小于1mg/L,达到了《铜镍钴工业污染物排放标准》(GB25467-2010)中水污染物特别排放限值所规定的标准;
(4)回收铜离子后的吸附剂可循环利用,例如作为水泥的混合材或混凝土的掺合料,并且不会引起二次污染,充分利用了资源,具有重大应用前景。
具体实施方式
为了更进一步阐述本发明为达预期目的所采用的技术手段及功效,下面结合实例和应用案例对本发明作进一步的详细说明,但他们不是对本发明的限定。
实施例1
对于一种可吸附铜离子的SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂,制备100g四元体系吸附剂,所需工业原料的配比为:
SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂各部分的化学组成为:
按照上述工业原料的配比用电子天平称取一定质量的石灰石、粉煤灰、镁渣以及SiO2并充分混合均匀,煅烧后冷却造粒,粉磨后过200目分样筛,制得一种可吸附铜离子的SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂。
SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂的矿物组成为:62.54%的玻璃相以及37.46%的结晶相,其中结晶相包括27.42%的镁硅钙石(Ca3MgSi2O8)、4.63%的钙铝黄长石(Ca2Al2SiO7)以及5.41%的具有水化活性的活性矿物硅酸二钙(Ca2SiO4)。
将SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂加入到铜离子废水中对铜离子进行吸附去除,去除率可达100.0%。
实施例2
对于一种可吸附铜离子的SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂,制备100g四元体系吸附剂,所需工业原料的配比为:
SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂各部分的化学组成为:
按照上述工业原料的配比用电子天平称取一定质量的石灰石、粉煤灰、镁渣以及Al2O3并充分混合均匀,煅烧后冷却造粒,粉磨后过200目分样筛,制得一种可吸附铜离子的SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂。
SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂的矿物组成为:81.52%的玻璃相以及18.48%的结晶相,其中结晶相包括11.01%的镁硅钙石(Ca3MgSi2O8)、5.11%的钙铝黄长石(Ca2Al2SiO7)以及2.36%的具有水化活性的活性矿物硅酸二钙(Ca2SiO4)。
将SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂加入到铜离子废水中对铜离子进行吸附去除,去除率可达75.4%。
实施例3
对于一种可吸附铜离子的SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂,制备100g四元体系吸附剂,所需工业原料的配比为:
SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂各部分的化学组成为:
按照上述工业原料的配比用电子天平称取一定质量的石灰石、粉煤灰、镁渣以及SiO2并充分混合均匀,煅烧后冷却造粒,粉磨后过200目分样筛,制得一种可吸附铜离子的SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂。
SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂的矿物组成为:65.70%的玻璃相以及34.30%的结晶相,其中结晶相包括22.24%的镁硅钙石(Ca3MgSi2O8)、9.09%的钙铝黄长石(Ca2Al2SiO7)以及2.97%的具有水化活性的活性矿物硅酸二钙(Ca2SiO4)。
将SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂加入到铜离子废水中对铜离子进行吸附去除,去除率可达100.0%。
实施例4
对于一种可吸附铜离子的SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂,制备100g四元体系吸附剂,所需工业原料的配比为:
SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂各部分的化学组成为:
按照上述工业原料的配比用电子天平称取一定质量的石灰石、粉煤灰、镁渣以及SiO2并充分混合均匀,煅烧后冷却造粒,粉磨后过200目分样筛,制得一种可吸附铜离子的SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂。
SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂的矿物组成为:63.41%的玻璃相以及36.59%的结晶相,其中结晶相包括25.86%的镁硅钙石(Ca3MgSi2O8)、8.02%的钙铝黄长石(Ca2Al2SiO7)以及2.71%的具有水化活性的活性矿物硅酸二钙(Ca2SiO4)。
将SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂加入到铜离子废水中对铜离子进行吸附去除,去除率可达99.9%。
Claims (4)
1.一种高效吸附铜离子的SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将工业原料粉煤灰、石灰石、镁渣混合均匀后放入高温炉中进行煅烧,煅烧气氛为空气,升温制度为原料由室温经100min升至1500℃,保温30min后出炉,用风扇冷却装置进行冷却处理,冷却后进行造粒,采用玛瑙行星球磨机粉磨后过200目分样筛,即得到SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂;
其中化学组成为SiO2、Al2O3、CaO、MgO,各化学组成的含量为26-42%、6-17%、38-49%、1-13%,m(SiO2)/m(Al2O3)=2.2,m(CaO)/m(MgO)=5.5-8;
粉煤灰、石灰石、镁渣三种工业原料不能达到配制比例时,加入SiO2或Al2O3以达到配制要求。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,四元体系吸附剂的矿物组成包括>60%的玻璃相以及小于<40%的结晶相,结晶相包括镁硅钙石(Ca3MgSi2O8)、钙铝黄长石(Ca2Al2SiO7)以及具有水化活性的活性矿物硅酸二钙(Ca2SiO4)。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,吸附过程铜离子与SiO2-Al2O3-CaO-MgO四元体系吸附剂的质量比=1/300。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,吸附条件废水pH值为5.11、吸附时间为60min,吸附温度为25℃。
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GR01 | Patent grant | ||
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