CN111013527A - 一种以油页岩灰和粉煤灰制备重金属镉吸附固定剂的方法 - Google Patents

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Abstract

一种以油页岩灰和粉煤灰制备重金属镉吸附固定剂的方法。本方法基于高硅低铝的油页岩灰和低硅高铝的粉煤灰组成特性，以制备高吸附容量的重金属沸石吸附固定剂为目标，将油页岩灰和粉煤灰进行复合配制，通过调整油页岩灰与粉煤灰的质量比例优化了原料灰的硅铝比(SiO2/Al2O3)，采用碱熔水热法制备油页岩灰‑粉煤灰复合型沸石。所制沸石吸附容量达到227.24mg/g，远高于活性炭和纳米黏土等常用吸附剂。该沸石对重金属镉离子具有显著的吸附固定作用，将其应用于处理含镉废水获得良好效果。本发明充分利用了不同固体废弃物——油页岩灰和粉煤灰的组成特性，制备出高吸附容量的重金属镉吸附固定剂，提高了油页岩灰和粉煤灰的利用价值，也为含镉废水的处置提供了新方法。

Description

一种以油页岩灰和粉煤灰制备重金属镉吸附固定剂的方法
技术领域
本发明涉及一种以油页岩灰和粉煤灰为原料进行复合配制，制备高吸附容量沸石吸附剂的方法。使用该方法所制备的吸附剂应用于含镉废水处理，可有效吸附固定废水中重金属镉离子。油页岩灰和粉煤灰均属典型的固体废弃物，本发明属固废资源化利用技术领域。
背景技术
由于油页岩有机质含量较低，加工前后体积几乎不变，使油页岩燃烧后排出大量灰渣；燃煤电厂所产生的粉煤灰是目前排放量最大的灰渣。油页岩灰和粉煤灰均属固体废弃物，这些固废若不加以处置，不仅占用大量土地，而且由于常年露天堆积，经雨水冲淋，造成严重的环境污染。油页岩灰和粉煤灰的资源化利用成为急需解决的问题。
目前，油页岩灰主要用于制备砖材、沸石、白炭黑、陶粒以及用作农业肥料等，粉煤灰主要用于生产水泥、混凝土，提取氧化铝和氧化铁等化工原料以及制备沸石等。油页岩灰和粉煤灰都是优质的硅铝资源，可作为制备沸石吸附剂的原料来源。但是从化学成分上看，油页岩灰的主要成分是SiO2约为60％、Al2O3约为20％；相对于油页岩灰，粉煤灰的硅铝比一般较低，使其所制备沸石的孔道结构受到限制。将油页岩灰和粉煤灰相互结合作为制备沸石的原料，可优化原料的硅铝比，有利于调控沸石孔道结构，使所制备的沸石更适合于吸附特定半径的重金属离子。针对重金属镉离子半径大小，利用油页岩灰和粉煤灰的复合配制，优化原料的硅铝比，制备出高吸附量的专用吸附剂，有效解决目前含镉废水重污染问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以油页岩灰和粉煤灰制备重金属镉吸附固定剂的方法，该方法以油页岩灰和粉煤灰按一定质量比例复配后的混合灰为原料，优化原料灰的硅铝比，制备出更高镉吸附容量的沸石吸附剂。
一种以油页岩灰和粉煤灰制备重金属镉吸附固定剂的方法，具体步骤如下：
1.原料复配：将油页岩灰和粉煤灰按照一定比例进行复配，使油页岩灰与粉煤灰的质量比(油页岩灰/粉煤灰)为75％:25％～25％:75％，且复配灰的硅铝比(SiO2/Al2O3)在1.78～3.00之间，混合均匀后作为制备沸石吸附剂的原料。
2.高温碱熔：将原料灰与氢氧化钠按质量比1:1.2g/g混合研磨均匀，再将混合物在600℃煅烧1小时。
3.陈化：待碱熔后的烧结物自然冷却至室温，充分研磨，按照液固比4:1mL/g加入去离子水，在室温下搅拌陈化3小时。
4.晶化：将陈化物转移至反应釜中在80℃下晶化24小时。
5.洗涤干燥：将晶化后的液固产物离心分离，再将固相产物用去离子水反复洗涤至中性；然后在105～110℃下干燥5小时，即得沸石吸附剂。
6.重金属镉废水的处理：将上述制得的沸石吸附剂，用于处理镉浓度20～800mg/L、pH值 3～9的废水，处理温度20～40℃，接触时间5～140min。
与现有技术相比，本发明的技术效果体现在：通过调整油页岩灰与粉煤灰的复配质量比例，对混合原料灰的硅铝比(SiO2/Al2O3)进行优化，控制沸石孔道结构的生成，制备出具有与镉水合离子半径相匹配的孔道结构，提高沸石吸附剂对废水中镉离子的吸附能力。相比于通常用单一油页岩灰或粉煤灰制备的沸石吸附剂，本发明可制备出结晶度更高、比表面积更大、孔径结构更优的沸石吸附剂，为含镉废水处理提供了更优方法；同时，本方法开发了油页岩灰和粉煤灰的复合利用新途径，提高了两种固废的资源化利用程度，也可减少固废堆弃对环境造成的污染。
附图说明
图1为本发明中沸石吸附剂制备与应用流程示意图
具体实施方式
以下通过具体实施例、对比例、表1及附图对本发明技术方案做进一步说明，但这些实施例并不用于限制本发明的保护范围。
以下实施例均采用龙口市龙矿集团热电厂生产的油页岩灰和山西省电力公司生产的粉煤灰。
实施例1：
按照75％:25％的复配质量比例称取油页岩灰和粉煤灰，混合均匀作为原料灰备用；将原料灰与氢氧化钠按质量比1:1.2g/g混合研磨均匀，再将混合物在600℃下煅烧1小时；待碱熔后的烧结物自然冷却至室温，充分研磨，按液固比4:1mL/g加入去离子水，在室温下搅拌陈化3h；将陈化物转移至反应釜中在80℃下晶化24h；再将晶化产物离心分离，用去离子水反复洗涤固相产物直至中性，最后在105～110℃下干燥5h，得到沸石吸附剂。
取所得沸石吸附剂，按照10g/L的投加量处理镉浓度500mg/L、pH值7的废水，处理温度30℃，接触时间80min。该沸石吸附剂对含镉废水的处理效果显著，吸附容量见表1。
实施例2：
按照50％:50％的复配质量比例称取油页岩灰和粉煤灰，混合均匀作为原料灰备用。其余所述步骤与实施例1相同。吸附容量见表1。
实施例3：
按照25％:75％的复配质量比例称取油页岩灰和粉煤灰，混合均匀作为原料灰备用。其余所述步骤与实施例1相同。吸附容量见表1。
对比例1：
称取一定质量的油页岩灰，将油页岩灰与氢氧化钠按质量比1:1.2g/g混合研磨均匀，再将混合物在600℃下煅烧1小时；待碱熔后的烧结物自然冷却至室温，充分研磨，按液固比 4:1mL/g加入去离子水，在室温下搅拌陈化3h；将陈化物转移至反应釜中在80℃下晶化24h；再将晶化产物离心分离，用去离子水反复洗涤固相产物直至中性，最后在105～110℃下干燥5 h，得到沸石吸附剂。
取所制得的沸石吸附剂，按照10g/L的投加量处理镉浓度500mg/L、pH值7的废水，处理温度30℃，接触时间80min。吸附容量见表1。
对比例2：
称取一定质量的粉煤灰，将粉煤灰与氢氧化钠按质量比1:1.2g/g混合研磨均匀，其余所述步骤与对比例1相同。吸附容量见表1。
从表1的数据可以看出，本发明制备的油页岩灰-粉煤灰复合型沸石吸附剂的镉吸附容量明显提高。如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。
表1实施例与对比例沸石吸附剂的相关性质及其镉吸附容量
Figure RE-GDA0002324125140000031

Claims (6)

1.将油页岩灰和粉煤灰按照一定比例进行复配，其特征是油页岩灰与粉煤灰的质量比(油页岩灰/粉煤灰)为75％:25％～25％:75％，使复配灰的硅铝比(SiO2/Al2O3)在1.78～3.00之间，混合均匀后作为制备沸石吸附剂的原料。
2.根据权利要求1所述的方法获得硅铝比适合的原料灰，将原料灰与氢氧化钠按质量比1:1.2g/g混合研磨均匀，再将混合物在600℃煅烧1小时。
3.根据权利要求2所述的碱熔方法获得碱熔烧结物，待碱熔后的烧结物自然冷却至室温，充分研磨，按照液固比4:1mL/g加入去离子水，在室温下搅拌陈化3小时。
4.根据权利要求3所述的陈化方法获得陈化物，将陈化物转移至反应釜中在80℃下晶化24小时。
5.根据权利要求4所述的晶化方法获得液固产物，将晶化后的液固产物离心分离，再将固相产物用去离子水反复洗涤至中性；然后在105～110℃下干燥5小时，即得沸石吸附剂。
6.根据权利要求1～5所述方法制得的沸石吸附剂，应用于处理含镉废水，其特征是废水镉浓度20～800mg/L、pH值3～9；沸石的处理温度20～40℃、接触时间5～140min，均具有良好的吸附脱除镉离子效果。
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