CN113401953A - 负载纳米零价铁生物质炭基滤料的制备方法以及水洗装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了负载纳米零价铁生物质炭基滤料的制备方法以及水洗装置，包括以下具体步骤：步骤一：将改性生物质炭、膨润土以及石灰石粉末按5:2:1的比例混合，再加入适量的水，经过圆盘造粒机制备成直径为4mm的球状颗粒；步骤二：将球状颗粒放入烘箱中，升高烘箱温度至60℃，烘干至含水量低于20％。本发明石灰石的加入在经过830℃高温煅烧时，石灰石会分解为氧化钙(CaO)和二氧化碳(CO2)，其中，二氧化碳从颗粒中溢出使得孔隙结构更加丰富，并且在煅烧后进行水洗氧化钙(CaO)成为氢氧化钙Ca(OH)2起到粘结作用，提高滤料的强度，从而使得最终的球状颗粒型滤料在使用过程中，吸附污水杂质和其他污染物的同时，能有效保证自身形态，经气洗和水洗后可重复使用。
Description
技术领域
本发明涉及技术领域，具体为负载纳米零价铁生物质炭基滤料的制备方法以及水洗装置。
背景技术
污水处理过程中，过滤往往是必经的一个环节，而良好的滤料在过滤环节即可滤出大量污染物，为后续环节带来巨大的便利。
纳米零价铁是近年来国内外水污染处理领域发展较快的新型纳米环境功能材料，其具有来源广、反应活性高、处理成本低等特点，可通过还原、微电解、吸附、沉淀等多种反应去除水中的有机或无机污染物，特别在污水的重金属处理方面具有较大优势，因而得到广泛的研究和应用，但是，零价铁同时也具有易被氧化而钝化，在水溶液中团聚不易分离等特点。例如，公布号为CN209923097U的中国专利“基于纳米零价铁的污水处理系统”是将纳米零价铁负载于改性硅藻泥上，用于污水的还原处理，后续辅助絮凝、过滤等其他步骤，但是硅藻泥的耐水性较差，属于水溶性材料，因此在长时间的浸泡中容易分散而失去功效。
而同样具有良好孔隙性能的生物质炭是目前越来越多的用于纳米零价铁的载体，例如公布号为CN108722356A的中国专利“一种纳米零价铁负载亲水性多孔生物炭复合材料的制备方法”克服了传统上单纯使用纳米零价铁时，纳米零价铁易团聚且难以分离的缺陷，但是该方法制备的复合材料工艺过程复杂，且材料的无定型状态也阻碍了其应用范围。
综上所述，基于介质负载纳米零价铁的技术手段是对纳米零价铁应用范围的拓展，而如何优化制备工艺以提高复合材料的性价比将是本发明主要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供负载纳米零价铁生物质炭基滤料的制备方法以及水洗装置以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种负载纳米零价铁的生物质炭基滤料的制备方法，包括以下具体步骤：
步骤一：将改性生物质炭、膨润土以及石灰石粉末按5:2:1的比例混合，再加入适量的水，经过圆盘造粒机制备成直径为4mm的球状颗粒；
步骤二：将球状颗粒放入烘箱中，升高烘箱温度至60℃，烘干至含水量低于20％；
步骤三：将烘干颗粒装入不锈钢金属托盘中，放入马弗炉中，室温升至100℃保温1h后，升至400℃下煅烧2h，再升至830℃煅烧2h后停止，自然冷却后得初级生物质炭基滤料；
步骤四：将初级生物质炭基滤料倒入水洗装置的进料桶4内部，并启动电机，经水洗后，取出风干得到生物质炭基滤料。
优选的，步骤一中，改性生物质炭的制备方法包括以下具体步骤：首先将无水乙醇和去离子水混合配制成混合溶液，无水乙醇和去离子水的体积比为3.5:6.5；然后将亚铁盐和生物质炭加入至混合溶液中，制得混合物；将混合物置于锥形瓶中，先经磁力搅拌器搅拌5min，再放入超声水浴锅中60℃下超声5min，最后经真空抽滤去除水分，风干或60℃烘干即得改性生物质炭。
一种负载纳米零价铁的生物质炭基滤料的制备方法中所采用的水洗装置，包括壳体以及设置在壳体内部的清洗机构，其中，所述壳体内部从上之下依次设置有清洗腔和出料腔，所述壳体顶部的一端设置有进料桶，所述出料腔与清洗腔之间远离进料桶一端设置有出料口，所述出料腔的内部倾斜设置有导料筛板，且导料筛板远离出料口一端位置处的壳体上设置有排料口，所述导料筛板靠近导料筛板一端的高度低于导料筛板另一端的高度；
所述清洗机构包括清洗送料组件以及吸水组件；其中，
所述清洗送料组件包括：
清洗筒，水平置于所述清洗腔内部，且清洗筒的一端与进料桶的出料口之间连接有伸缩管，所述出料口外侧的清洗腔底部固定有排料管，且排料管贯穿所述清洗筒底壁，所述清洗筒的外侧均匀设置有进水孔；
转动轴，转动设置在清洗筒内部的中央位置处，且所述转动轴的两端贯穿所述清洗筒通过轴承连接有滑动块，所述滑动块与清洗腔侧壁滑动连接，位于所述清洗筒内部的转动轴外侧焊接有螺旋搅拌叶；
两个单向轴承，设置在清洗筒两端的转动轴外侧，且所述单向轴承外侧装配有齿轮；
两个齿条，垂直固定在两个所述齿轮一侧的清洗腔底部，所述齿条与所述齿轮相互啮合；以及
驱动件，设置在所述壳体顶部，用于驱动所述清洗筒上下移动；
所述吸水组件包括：
负压筒，固定在所述清洗腔顶部，所述负压筒的顶部分别设置有进水管和出水管，且所述进水管和出水管上分别设置有单向阀一与单向阀二，所述进水管的另一端延伸至出料腔内部底端；
活塞，滑动设置在负压筒内部，所述活塞的底部设置有活塞杆，且所述活塞杆的底端与清洗筒固定连接。
优选的，所述驱动件包括固定在壳体顶部的支撑板、转动设置在支撑板与进料桶之间的几字杆、套设置在几字杆上的套筒、固定在套筒外侧的铰接杆、垂直固定在清洗筒顶部中央位置处的且与铰接杆底端铰接的滑动杆以及用于驱动几字杆转动的电机。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过亚铁盐溶液的超声强化物理改性步骤，再通过转盘造粒后获得定型颗粒，并经高温煅烧，加速亚铁的还原和炭孔隙吸纳，使得纳米零价铁更加牢固的定植与炭孔隙中，其中膨润土则主要起到粘结作用，利于滤料的成型，而石灰石的加入在经过830℃高温煅烧时，石灰石会分解为氧化钙(CaO)和二氧化碳(CO2)，其中，二氧化碳从颗粒中溢出使得孔隙结构更加丰富，并且在煅烧后进行水洗氧化钙(CaO)成为氢氧化钙Ca(OH)2起到粘结作用，提高滤料的强度，从而使得最终的球状颗粒型滤料在使用过程中，吸附污水杂质和其他污染物的同时，能有效保证自身形态，经气洗和水洗后可重复使用。
(2)本发明水洗装置设置清洗送料组件，在水洗过程中，只需将滤料放入进料桶，启动驱动件，驱动件带动清洗筒上下移动，在清洗筒向下移动过程中，单向轴承为活动状态，此时齿轮与齿条啮合，齿轮转动，驱动轴不发生转动，即驱动轴外侧的螺旋搅拌叶不发生转动，清洗筒向下使得其内部滤料沉入水中进行水洗，可避免滤料上浮，而清洗筒向上移动过程中，单向轴承为锁定状态，齿轮与齿条啮合，齿轮转动带动驱动轴转动，即驱动轴外侧的螺旋搅拌叶转动带动清洗筒内部物料向右侧移动，滤料通过排料管进入出料腔内部，同时进料桶滤料自动补入清洗筒内部，实现自动清洗、排料、补料整个过程；而设置吸水组件，在驱动件带动清洗筒上下移动过程中，清洗筒通过活塞杆带动活塞在负压筒内部上下往复运动，产生吸力，可将排料腔内部由于滤料携带处的水重新导入清洗腔内部。
附图说明
图1为本发明的水洗装置结构示意图。
图中：1、壳体；2、清洗腔；3、出料腔；4、进料桶；5、出料口；6、导料筛板；7、排料口；8、洗送料组件；81、清洗筒；82、伸缩管；83、排料管；84、转动轴；85、滑动块；86、螺旋搅拌叶；87、单向轴承；88、齿轮；89、齿条；810、驱动件；8101、支撑板；8102、几字杆；8103、套筒；8104、铰接杆；8105、滑动杆；8106、电机；9、吸水组件；91、负压筒；92、进水管；93、出水管；94、单向阀一；95、单向阀二；96、活塞；97、活塞杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种实施例：一种负载纳米零价铁的生物质炭基滤料的制备方法，包括以下具体步骤：
步骤一：将改性生物质炭、膨润土以及石灰石粉末按5:2:1的比例混合，再加入适量的水，经过圆盘造粒机制备成直径为4mm的球状颗粒；
步骤二：将球状颗粒放入烘箱中，升高烘箱温度至60℃，烘干至含水量低于20％；
步骤三：将烘干颗粒装入不锈钢金属托盘中，放入马弗炉中，室温升至100℃保温1h后，升至400℃下煅烧2h，再升至830℃煅烧2h后停止，自然冷却后得初级生物质炭基滤料；
步骤四：将初级生物质炭基滤料倒入水洗装置的进料桶4内部，并启动电机，经水洗后，取出风干得到生物质炭基滤料。
本实施例中，步骤一中，改性生物质炭的制备方法包括以下具体步骤：首先将无水乙醇和去离子水混合配制成混合溶液，无水乙醇和去离子水的体积比为3.5:6.5；然后将亚铁盐和生物质炭加入至混合溶液中，制得混合物；将混合物置于锥形瓶中，先经磁力搅拌器搅拌5min，再放入超声水浴锅中60℃下超声5min，最后经真空抽滤去除水分，风干或60℃烘干即得改性生物质炭。
如图1所示的一种负载纳米零价铁的生物质炭基滤料的制备方法中所采用的水洗装置，包括壳体1以及设置在壳体1内部的清洗机构，其中，壳体1内部从上之下依次设置有清洗腔2和出料腔3，壳体1顶部的一端设置有进料桶4，出料腔3与清洗腔2之间远离进料桶4一端设置有出料口5，出料腔3的内部倾斜设置有导料筛板6，且导料筛板6远离出料口5一端位置处的壳体1上设置有排料口7，导料筛板6靠近导料筛板6一端的高度低于导料筛板6另一端的高度；
清洗机构包括清洗送料组件8以及吸水组件9；其中，
清洗送料组件8包括：
清洗筒81，水平置于清洗腔2内部，且清洗筒81的一端与进料桶4的出料口5之间连接有伸缩管82，出料口5外侧的清洗腔2底部固定有排料管83，且排料管83贯穿清洗筒底壁，清洗筒81的外侧均匀设置有进水孔；
转动轴84，转动设置在清洗筒81内部的中央位置处，且转动轴84的两端贯穿清洗筒81通过轴承连接有滑动块85，滑动块85与清洗腔2侧壁滑动连接，位于清洗筒81内部的转动轴84外侧焊接有螺旋搅拌叶86；
两个单向轴承87，设置在清洗筒81两端的转动轴84外侧，且单向轴承87外侧装配有齿轮88；
两个齿条89，垂直固定在两个齿轮88一侧的清洗腔2底部，齿条89与齿轮88相互啮合；以及
驱动件810，设置在壳体1顶部，用于驱动清洗筒81上下移动；
吸水组件9包括：
负压筒91，固定在清洗腔2顶部，负压筒91的顶部分别设置有进水管92和出水管93，且进水管92和出水管93上分别设置有单向阀一94与单向阀二95，进水管92的另一端延伸至出料腔3内部底端；
活塞96，滑动设置在负压筒91内部，活塞96的底部设置有活塞杆97，且活塞杆97的底端与清洗筒81固定连接。
本实施例中，驱动件810包括固定在壳体1顶部的支撑板8101、转动设置在支撑板8101与进料桶4之间的几字杆8102、套设置在几字杆8102上的套筒8103、固定在套筒8103外侧的铰接杆8104、垂直固定在清洗筒81顶部中央位置处的且与铰接杆8104底端铰接的滑动杆8105以及用于驱动几字杆8102转动的电机8106。
工作原理：应用时，只需将滤料放入进料桶4，启动驱动件810，驱动件810带动清洗筒81上下移动，在清洗筒81向下移动过程中，单向轴承87为活动状态，此时齿轮88与齿条89啮合，齿轮88转动，驱动轴84不发生转动，即驱动轴84外侧的螺旋搅拌叶86不发生转动，清洗筒81向下使得其内部滤料沉入水中进行水洗，可避免滤料上浮，而清洗筒81向上移动过程中，单向轴承87为锁定状态，齿轮88与齿条89啮合，齿轮88转动带动驱动轴84转动，即驱动轴84外侧的螺旋搅拌叶86转动带动清洗筒81内部物料向右侧移动，滤料通过排料管83进入出料腔3内部，同时进料桶4滤料自动补入清洗筒81内部，实现自动清洗、排料、补料整个过程；而设置吸水组件9，在驱动件810带动清洗筒81上下移动过程中，清洗筒81通过活塞杆97带动活塞96在负压筒91内部上下往复运动，产生吸力，可将排料腔3内部由于滤料携带处的水重新导入清洗腔2内部。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (4)
1.一种负载纳米零价铁的生物质炭基滤料的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
步骤一：将改性生物质炭、膨润土以及石灰石粉末按5:2:1的比例混合，再加入适量的水，经过圆盘造粒机制备成直径为3～5mm的球状颗粒；
步骤二：将球状颗粒放入烘箱中，升高烘箱温度至60℃，烘干至含水量低于20％；
步骤三：将烘干颗粒装入不锈钢金属托盘中，放入马弗炉中，室温升至100℃保温1h后，升至400℃下煅烧2h，再升至830℃煅烧2h后停止，自然冷却后得初级生物质炭基滤料；
步骤四：将初级生物质炭基滤料倒入水洗装置的进料桶(4)内部，并启动电机，经水洗后，取出风干得到生物质炭基滤料。
2.根据权利要求1所述的一种负载纳米零价铁的生物质炭基滤料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，改性生物质炭的制备方法包括以下具体步骤：首先将无水乙醇和去离子水混合配制成混合溶液，无水乙醇和去离子水的体积比为3.5:6.5；然后将亚铁盐和生物质炭加入至混合溶液中，制得混合物；将混合物置于锥形瓶中，先经磁力搅拌器搅拌5min，再放入超声水浴锅中60℃下超声5min，最后经真空抽滤去除水分，风干或60℃烘干即得改性生物质炭。
3.一种负载纳米零价铁的生物质炭基滤料的制备方法中所采用的水洗装置，其特征在于：包括壳体(1)以及设置在壳体(1)内部的清洗机构，其中，所述壳体(1)内部从上之下依次设置有清洗腔(2)和出料腔(3)，所述壳体(1)顶部的一端设置有进料桶(4)，所述出料腔(3)与清洗腔(2)之间远离进料桶(4)一端设置有出料口(5)，所述出料腔(3)的内部倾斜设置有导料筛板(6)，且导料筛板(6)远离出料口(5)一端位置处的壳体(1)上设置有排料口(7)，所述导料筛板(6)靠近导料筛板(6)一端的高度低于导料筛板(6)另一端的高度；
所述清洗机构包括清洗送料组件(8)以及吸水组件(9)；其中，
所述清洗送料组件(8)包括：
清洗筒(81)，水平置于所述清洗腔(2)内部，且清洗筒(81)的一端与进料桶(4)的出料口(5)之间连接有伸缩管(82)，所述出料口(5)外侧的清洗腔(2)底部固定有排料管(83)，且排料管(83)贯穿所述清洗筒底壁，所述清洗筒(81)的外侧均匀设置有进水孔；
转动轴(84)，转动设置在清洗筒(81)内部的中央位置处，且所述转动轴(84)的两端贯穿所述清洗筒(81)通过轴承连接有滑动块(85)，所述滑动块(85)与清洗腔(2)侧壁滑动连接，位于所述清洗筒(81)内部的转动轴(84)外侧焊接有螺旋搅拌叶(86)；
两个单向轴承(87)，设置在清洗筒(81)两端的转动轴(84)外侧，且所述单向轴承(87)外侧装配有齿轮(88)；
两个齿条(89)，垂直固定在两个所述齿轮(88)一侧的清洗腔(2)底部，所述齿条(89)与所述齿轮(88)相互啮合；以及
驱动件(810)，设置在所述壳体(1)顶部，用于驱动所述清洗筒(81)上下移动；
所述吸水组件(9)包括：
负压筒(91)，固定在所述清洗腔(2)顶部，所述负压筒(91)的顶部分别设置有进水管(92)和出水管(93)，且所述进水管(92)和出水管(93)上分别设置有单向阀一(94)与单向阀二(95)，所述进水管(92)的另一端延伸至出料腔(3)内部底端；
活塞(96)，滑动设置在负压筒(91)内部，所述活塞(96)的底部设置有活塞杆(97)，且所述活塞杆(97)的底端与清洗筒(81)固定连接。
4.根据权利要求1所述的负载纳米零价铁生物质炭基滤料的制备方法以及水洗装置，其特征在于：所述驱动件(810)包括固定在壳体(1)顶部的支撑板(8101)、转动设置在支撑板(8101)与进料桶(4)之间的几字杆(8102)、套设置在几字杆(8102)上的套筒(8103)、固定在套筒(8103)外侧的铰接杆(8104)、垂直固定在清洗筒(81)顶部中央位置处的且与铰接杆(8104)底端铰接的滑动杆(8105)以及用于驱动几字杆(8102)转动的电机(8106)。
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