CN111377499A - 一种多功能复合填料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能复合填料及其制备方法，该复合填料是以碎石或沸石为骨料，在骨料表面负载铁粉和活性炭的复合填料。本发明的复合填料是一种新型免烧多功能复合填料。通过粘结剂和增稠剂，或者粘结剂和交联剂在碎石或沸石表面负载铁粉和活性炭，制得所述复合填料。本发明的多功能复合填料解决了现有填料中铁粉的团聚问题，改善了铁粉在地下水中的分散与脱离，同时也加强地下水在多孔介质中的流动性，解决了PRB易堵塞问题。

Description

一种多功能复合填料及其制备方法

技术领域

本发明涉及修复水体污染技术领域和吸附处理等领域，属于环境科学技术领域，具体涉及一种用于水体污染的多功能复合填料及其制备方法。

背景技术

水是生命之源，在人类社会的发展过程中起着举足轻重的作用。随着城市化进程加快和国民经济持续发展，大量的工业废水和城市污水排放日益泛滥，水资源污染严重，人们的健康生活得不到保障。水污染造成的缺水加剧了对地下水的开采，使得地下水漏斗面积不断扩大，水位大幅度下降，从而引起地面污水不断地向地下水的倒灌，形成了恶性循环，导致地下水污染不断加重。

微电解法不需外加电流，利用铁碳颗粒在电解质溶液中发生腐烛原电池产生的电流电压来催化处理废水，反应机理涉及原电池反应、氧化还原、絮凝吸附、共沉淀等作用机理。

微电解法除磷机理是：铁炭填料中在水溶液（电解质溶液）中形成原电池，在“阳极”区域生成 Fe²⁺，Fe²⁺又会氧化成 Fe³⁺，磷酸根在一定条件下与Fe²⁺、Fe³⁺反应生成难溶性磷酸盐，形成沉淀从而被分离，原电池反应产生的Fe²⁺、Fe³⁺在适宜的pH条件下转化为Fe(OH)₂、Fe(OH)₃胶体，可以与废水中存在的PO₄ ^3-结合，生成Fe₃(PO₄)₂，FePO₄，Fe_xPO₄(OH)_3x-3，达到水中除磷的目的。

微电解法除重金属机理是：（1）铁屑颗粒和活性炭颗粒接触则能形成宏观原电池反应，导致最终体系形成铸铁微观电池和铁碳宏观电池的双电池电解体系，发生氧化还原电极反应及电吸附，达到去除废水中重金属离子；（2）由金属活性顺序或金属标准电极电位可知，在金属活动顺序表中排在铁后面的金属有可能被铁置换出来沉积在铁的表面；同样，其它一些具有较强氧化性的离子或化合物能被铁或亚铁离子还原低价离子或化合物，降低其毒性。

微电解法也可以去除一些无机物：原电池反应和氧化还原反应产生的Fe²⁺、Fe³⁺能和废水中残留的部分无机物发生化学反应生成沉淀物，经过沉淀分离后去除这些无机物，提高出水水质。能生成沉淀的无机物很多，例如S^2-、CN^- 能生成FeS、Fe₃[Fe(CN)₆]₂、Fe₄[Fe(CN)₆]₃等沉淀。

现有技术中用于水净化的铁碳填料虽然能在一定程度上实现对污染物的去除，但存在一定的缺陷：（1）以烧结为主，能耗高且烧制过程中会造成大气污染；（2）传统微电解填料往往铁与碳分离，回收困难又不易投加，还存在易沉底、难固定、与污水接触面小等问题；（3）利用小粒径吸附剂作为填料时，由于材料的粒径太小，会引起系统压降过大，材料易流失等问题。

发明内容

综上所述，为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种多功能复合填料及其制备方法，主要用于去除水中的磷以及作为可渗透反应墙的填料去除地下水中重金属。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种多功能复合填料，该复合填料是以碎石或沸石为骨料，在骨料表面负载铁粉和活性炭的复合填料。本发明的复合填料是一种新型免烧多功能复合填料。

该多功能复合填料的制备方法，通过粘结剂和增稠剂，或者粘结剂和交联剂在碎石或沸石表面负载铁粉和活性炭，制得所述复合填料。

作为优选，所述粘结剂为粉煤灰硅酸盐水泥或水性聚氨酯或海藻酸钠。

作为优选，所述增稠剂为羟乙基纤维素或砂浆。

作为优选，所述交联剂为氯化钙水溶液。

作为优选，该多功能复合填料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将碎石或沸石用清水冲洗干净，置于容器中，室温风干待用；

（2）将海藻酸钠溶于蒸馏水中，制备海藻酸钠水溶液，向海藻酸钠水溶液中加入铁粉和活性炭，搅拌均匀形成海藻酸钠溶液，待用；

（3）将碎石或沸石加入步骤（2）的海藻酸钠溶液中，充分混合后取出碎石或沸石放入氯化钙水溶液中，20-30℃下养护24h，即得该多功能复合填料。

作为优选，该多功能复合填料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将碎石或沸石用清水冲洗干净，置于容器中，室温风干待用；

（2）在水性聚氨酯中加入羟乙基纤维素，搅拌直至羟乙基纤维素完全溶解在水性聚氨酯中；

（3）将碎石或沸石加入步骤（2）的水性聚氨酯与羟乙基纤维素的混合液中，充分混合后取出碎石或沸石放入到铁粉和活性炭的混合物中，充分搅拌，20-30℃下养护24h，即得该多功能复合填料。

作为优选，该多功能复合填料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将碎石或沸石用清水冲洗干净，置于容器中，室温风干待用；

（2）在粉煤灰硅酸盐水泥中加入砂浆、铁粉和活性炭，再加入水，搅拌均匀形成混合物；

（3）将碎石或沸石加入到步骤（2）的混合物中，充分混合后自然晾干，然后进行喷水养护，使碎石或沸石表面处于湿润状态，20-30℃下养护3-28d，即得该多功能复合填料。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明的复合填料所用碎石或砾石易得，吸附效果差，制备多功能复合填料即可以解决材料流失问题，又可以把碎石或砾石等原材料转化为价值更高的物质。

2、本发明的多功能复合填料属于免烧型，相对于烧结型填料，降低了能耗，同时也避免了烧制过程中造成的大气污染，制备工艺简单。

3、本发明的多功能复合填料解决了现有填料中铁粉的团聚问题，改善了铁粉在地下水中的分散与脱离，同时也加强地下水在多孔介质中的流动性，解决了 PRB易堵塞问题。

4、本发明的多功能复合填料增加铁粉在空气中抗氧化性和稳定。

5、本发明的多功能复合填料制作方法简单，去除效果好。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

本实施例的多功能复合填料的制备方法，如下：

（1）将粒径为2-3cm的沸石用清水冲洗干净，置于容器中，室温风干待用；

（2）称取2.5g海藻酸钠溶于100mL的蒸馏水中，置于恒温水浴箱恒温85℃下加热，搅拌，直至海藻酸钠完全溶解，制备海藻酸钠水溶液；放置4-5h冷却后，向海藻酸钠水溶液中加入4g铁粉、4g活性炭，充分搅拌后形成海藻酸钠溶液，待用；

（3）称取4g氯化钙溶于 100mL 的蒸馏水中，配置3.85%的氯化钙水溶液；

（4）将沸石加入到步骤（2）所得的海藻酸钠溶液中，充分混合后取出沸石放入步骤（3）的氯化钙水溶液中，在25℃下养护24h，即得该多功能复合填料。

采用本实施例制备的多功能复合填料对污水处理过程：配制质量浓度为50mg/L的KH₂PO₄磷溶液，取150mL放入250mL锥形瓶中，投加本实施例的多功能复合填料3颗，将锥形瓶放入转速为150r/min、温度为25℃的摇床中，振荡24h，取上清液，按照《水和废水监测分析方法》（第四版）中的钼锑抗分光光度法对磷含量进行检测。

采用本实施例制备的复合填料磷的吸附容量为4.0697mg/g。

实施例2

本实施例的多功能复合材料的制备方法，如下：

（1）将粒径为1.5-2.5cm的沸石用清水冲洗干净，置于容器中，室温风干待用；

（2）量取10mL水性聚氨酯于100mL的烧杯中，加入1g羟乙基纤维素，搅拌，直至羟乙基纤维素完全溶解在水性聚氨酯中；

（3）分别称取0.15g铁粉、0.15g活性炭混合均匀后待用；

（4）将沸石加入到步骤（2）所得的水性聚氨酯与羟乙基纤维素的混合液中，充分混合；取出碎石或沸石放入到铁粉和活性炭的混合物中，充分搅拌，在25℃下养护24h，即得该多功能复合填料。

采用本实施例制备的多功能复合填料对污水处理过程与实施例1相同。

采用本实施例制备的多功能复合填料磷得吸附容量为8.356mg/g。

实施例3

本实施例的多功能复合材料的制备方法，如下：

（1）将粒径为1-3cm的碎石用清水冲洗干净，置于容器中，室温风干待用；

（2）称取10g粉煤灰硅酸盐水泥于蒸发皿中，加入0.1g砂浆、4g铁粉、4g活性炭充分搅拌，加入5mL水，搅拌均匀形成混合物；

（3）将碎石加入到步骤（2）的混合物中，充分混合后自然晾干，然后进行喷水养护，使碎石或沸石表面处于湿润状态，在30℃下养护20d，即得该多功能复合填料。

采用本实施例制备的多功能复合填料对污水处理过程与实施例1相同。

采用本实施例制备的多功能复合填料磷得吸附容量为3.135mg/g。

实施例4

本实施例的多功能复合材料的制备方法，如下：

（1）将粒径为0.1-0.3cm的沸石用清水冲洗干净，置于容器中，室温风干待用；

（2）称取2.5g海藻酸钠溶于100mL的蒸馏水中，置于恒温水浴箱恒温90℃下加热，搅拌，直至海藻酸钠完全溶解，制备海藻酸钠水溶液；放置4-5h冷却后，向海藻酸钠水溶液中加入6g铁粉、3g活性炭，充分搅拌后形成海藻酸钠溶液，待用；

（3）称取 4g 氯化钙溶于 100mL 蒸馏水中，配置3.85%的氯化钙水溶液；

（4）将沸石加入到步骤 （2）所得的海藻酸钠溶液中，充分混合后取出沸石放入步骤（3）的氯化钙水溶液中，在20℃下养护24h，即得该多功能复合填料

采用本实施例制备的多功能复合填料对污水处理过程：配制质量浓度为500mg/L的（Cr+Cd）溶液，取100mL放入250mL锥形瓶中，投加本实施例的多功能复合填料，将锥形瓶放入转速为150r/min、温度为25℃的摇床中，振荡24h，取上清液，按照原子吸收光谱法对铬和镉含量进行检测。

采用本实施例制备的多功能复合填料铬和镉的吸附容量分别为47mg/g和35mg/g。

实施例5

本实施例的多功能复合材料的制备方法，如下：

（1）将粒径为0.5-1cm沸石用清水冲洗干净，置于容器中，室温风干待用；

（2）量取10mL水性聚氨酯于100mL的烧杯中，加入0.8g羟乙基纤维素，搅拌，直至羟乙基纤维素完全溶解在水性聚氨酯中；

（3）分别称取 0.1g铁粉、0.1g活性炭充分搅拌后待用；

（4）将沸石加入到步骤（2）所得的水性聚氨酯与羟乙基纤维素的混合液中，充分混合；取出碎石或沸石放入到铁粉和活性炭的混合物中，充分搅拌，在27℃下养护24h，即得该多功能复合填料。

采用本实施例制备的多功能复合填料对污水处理过程与实施例4相同。

采用本实施例制备的多功能复合填料铬和镉的吸附容量分别为57mg/g和43mg/g。

实施例6

本实施例的多功能复合材料的制备方法，如下：

（1）将粒径为0.15-0.5cm的碎石用清水冲洗干净，置于容器中，室温风干待用；

（2）称取4g粉煤灰硅酸盐水泥于蒸发皿中，加入0.05g砂浆、2g铁粉、1.5g活性炭充分搅拌，加入2.5mL水，搅拌均匀待用；

（3）将碎石加入到步骤（2）的混合物中，充分混合后自然晾干，然后进行喷水养护，使碎石或沸石表面处于湿润状态，在25℃下养护28d，即得该多功能复合填料。

采用本实施例制备的多功能复合填料对污水处理过程与实施例4相同。

采用本实施例制备的多功能复合填料铬和镉的吸附容量分别为39mg/g和31mg/g。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种多功能复合填料，其特征在于，该复合填料是以碎石或沸石为骨料，在骨料表面负载铁粉和活性炭的复合填料。

2.一种多功能复合填料的制备方法，其特征在于，该制备方法通过粘结剂和增稠剂，或者粘结剂和交联剂在碎石或沸石表面负载铁粉和活性炭，制得所述复合填料。

3.根据权利要求2所述的多功能复合填料的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为粉煤灰硅酸盐水泥或水性聚氨酯或海藻酸钠。

4.根据权利要求3所述的多功能复合填料的制备方法，其特征在于，所述增稠剂为羟乙基纤维素或砂浆。

5.根据权利要求3所述的多功能复合填料的制备方法，其特征在于，所述交联剂为氯化钙水溶液。

6.根据权利要求5所述的多功能复合填料的制备方法，其特征在于，该多功能复合填料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将碎石或沸石用清水冲洗干净，置于容器中，室温风干待用；

（2）将海藻酸钠溶于蒸馏水中，制备海藻酸钠水溶液，向海藻酸钠水溶液中加入铁粉和活性炭，搅拌均匀形成海藻酸钠溶液，待用；

（3）将碎石或沸石加入步骤（2）的海藻酸钠溶液中，充分混合后取出碎石或沸石放入氯化钙水溶液中，20-30℃下养护24h，即得该多功能复合填料。

7.根据权利要求5所述的多功能复合填料的制备方法，其特征在于，该多功能复合填料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将碎石或沸石用清水冲洗干净，置于容器中，室温风干待用；

（2）在水性聚氨酯中加入羟乙基纤维素，搅拌直至羟乙基纤维素完全溶解在水性聚氨酯中；

（3）将碎石或沸石加入步骤（2）的水性聚氨酯与羟乙基纤维素的混合液中，充分混合后取出碎石或沸石放入到铁粉和活性炭的混合物中，充分搅拌，20-30℃下养护24h，即得该多功能复合填料。

8.根据权利要求5所述的多功能复合填料的制备方法，其特征在于，该多功能复合填料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将碎石或沸石用清水冲洗干净，置于容器中，室温风干待用；

（2）在粉煤灰硅酸盐水泥中加入砂浆、铁粉和活性炭，再加入水，搅拌均匀形成混合物；

（3）将碎石或沸石加入到步骤（2）的混合物中，充分混合后自然晾干，然后进行喷水养护，使碎石或沸石表面处于湿润状态，20-30℃下养护3-28d，即得该多功能复合填料。