CN113877523A - 一种改性蛭石吸附剂及其制备方法和应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于吸附剂技术领域，本发明提供了一种改性蛭石吸附剂及其制备方法，制备方法包含如下步骤：将蛭石颗粒在化学混凝剂中浸渍处理，得到改性蛭石；对改性蛭石进行焙烧处理，得到改性蛭石吸附剂。本发明还提供了一种使用改性蛭石吸附剂去除污水中有机物的方法。本发明的制备方法得到的改性蛭石吸附剂均匀分布在污水中，有助于产生良好的混凝效果，增强了改性蛭石吸附剂的吸附能力和混凝能力，同时改性蛭石吸附剂具有正电性和较多的氢键、π‑π键，对有机物具有良好的吸附能力。本发明的化学混凝剂可重复用于浸渍处理，浸渍改性联合焙烧工艺不需要对蛭石进行清洗，节约水资源，减少二次污染产生。
Description
技术领域
本发明涉及吸附剂技术领域,尤其涉及一种改性蛭石吸附剂及其制备方法和应用方法。
背景技术
随着环境污染治理进程的逐步推进，污水处理厂出水中有机污染物等排放指标的标准越来越高，传统的处理工艺已很难达到要求。因此，通过深度处理技术对现有污水处理厂出水进行深度处理是该领域的发展趋势。
目前常用的污水中有机物深度处理技术主要有物理技术和高级氧化技术。与高级氧化技术相比，吸附等物理技术更易于实施且更具经济效益。吸附剂主要包括天然材料和合成材料两类，天然吸附剂具有成本低、环境友好性等优点。
蛭石作为一种天然材料，属于硅酸盐。蛭石矿物颗粒的形貌与云母相似，呈片状，粒径较大，一般为几十微米至几毫米。蛭石矿物具有特殊的晶体结构(2：1型片层结构和纳米层间域)，其结构层广泛存在不等价类质同像置换，主要集中在硅氧四面体片上。其结构层通常带有大量的负电荷，具有较高的电荷密度。已有研究将蛭石作为天然吸附剂用于污水处理领域，由于天然蛭石对有机物的吸附能力有限，通过改性提高其吸附性能是该领域目前的主要研究方向。
因此，研究开发一种提高有机物的吸附能力、混凝能力，提高有机物去除率的改性蛭石吸附剂，具有重要的研究价值和意义。
发明内容
本发明的目的在于为了克服现有技术的不足而提供一种改性蛭石吸附剂及其制备方法，用以解决现有技术中天然蛭石对污水中有机物去除率低的问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种改性蛭石吸附剂的制备方法，包含如下步骤：
1)将蛭石颗粒在化学混凝剂中浸渍处理，得到改性蛭石；
2)对改性蛭石进行焙烧处理，得到改性蛭石吸附剂。
作为优选，步骤1)所述蛭石颗粒的粒径为80～120目；蛭石颗粒所用蛭石的比重为2.4～2.7g/cm3，pH值为7～8，硬度为1.0～1.8。
作为优选，步骤1)所述化学混凝剂包含硫酸铁溶液、硫酸铝溶液或硫酸锌溶液；所述化学混凝剂的质量浓度为0.2～0.3g/L。
作为优选，当所述化学混凝剂为硫酸铁溶液或硫酸铝溶液时，所述化学混凝剂和蛭石颗粒的质量比为1:3～5；当所述化学混凝剂为硫酸锌溶液时，所述硫酸锌溶液和蛭石颗粒的质量比为1:1～3。
作为优选，步骤1)所述浸渍处理的时间为18～30h。
作为优选，步骤2)所述焙烧处理的温度为150～250℃，时间为0.5～1.5h；升温至焙烧处理温度的升温速率为10～20℃/min。
本发明还提供了一种所述的制备方法得到的改性蛭石吸附剂。
使用本发明所述的改性蛭石吸附剂去除污水中有机物的方法，包含如下步骤：将改性蛭石吸附剂加入污水中搅拌混合。
作为优选，所述改性蛭石吸附剂在污水中的质量浓度为1.5～2.5g/L；所述搅拌混合的温度为20～25℃，时间为50～70min，速率为110～130r/min。
本发明的有益效果包括以下几点：
1)本发明的制备方法充分利用了化学混凝剂的改性作用，得到的改性蛭石吸附剂均匀分布在污水中，有助于产生良好的混凝效果，增强了改性蛭石吸附剂的吸附能力和混凝能力，同时改性蛭石吸附剂具有正电性和较多的氢键、π-π键，对有机物具有良好的吸附能力。
2)本发明的化学混凝剂可重复用于浸渍处理，浸渍改性联合焙烧工艺不需要对蛭石进行清洗，节约水资源，减少二次污染产生。
3)本发明的原料来源广泛、廉价易得，制备方法简单、成本低、设备要求低，便于大规模生产。
4)本发明的改性蛭石吸附剂具有优异的有机物去除率，可用于污水深度处理，具有较好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明的改性蛭石吸附剂的制备流程示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种改性蛭石吸附剂的制备方法，包含如下步骤：
1)将蛭石颗粒在化学混凝剂中浸渍处理，得到改性蛭石；
2)对改性蛭石进行焙烧处理，得到改性蛭石吸附剂。
本发明步骤1)所述蛭石颗粒的粒径优选为80～120目，进一步优选为 90～110目，更优选为100目；本发明所述蛭石颗粒优选由蛭石粉碎得到，所用蛭石优选为天然蛭石，具有较高的机械强度和孔隙率，所用蛭石的比重优选为2.4～2.7g/cm3，进一步优选为2.45～2.65g/cm3，更优选为2.5～2.6g/cm3， pH值优选为7～8，进一步优选为7.5；硬度优选为1.0～1.8，进一步优选为 1.2～1.6，更优选为1.4～1.5。
本发明步骤1)所述化学混凝剂优选包含硫酸铁溶液、硫酸铝溶液或硫酸锌溶液。
本发明的化学混凝剂的浓度是影响改性蛭石吸附剂结构和性能的关键性因素，若化学混凝剂的浓度过小，改性蛭石吸附剂无法起到明显的混凝作用；而当化学混凝剂的浓度过大时，改性蛭石吸附剂的孔隙结构堵塞、比表面积减小，改性蛭石吸附剂的吸附能力降低；所述化学混凝剂的质量浓度优选为0.2～0.3g/L，进一步优选为0.22～0.28g/L，更优选为0.24～0.25g/L。
当所述化学混凝剂为硫酸铁溶液或硫酸铝溶液时，所述化学混凝剂和蛭石颗粒的质量比优选为1:3～5，进一步优选为1:4；当所述化学混凝剂为硫酸锌溶液时，所述硫酸锌溶液和蛭石颗粒的质量比优选为1:1～3，进一步优选为1:2。
本发明步骤1)所述浸渍处理的时间优选为18～30h，进一步优选为 20～26h，更优选为22～24h。
本发明步骤1)所述浸渍处理完成后优选固液分离得到蛭石颗粒，蛭石颗粒顺次进行干燥、焙烧处理。
本发明步骤2)所述焙烧处理的温度优选为150～250℃，进一步优选为 180～230℃，更优选为200～210℃；所述焙烧处理的时间优选为0.5～1.5h，进一步优选为1h；升温至焙烧处理温度的升温速率优选为10～20℃/min，进一步优选为12～18℃/min，更优选为14～16℃/min。
本发明还提供了一种所述的制备方法得到的改性蛭石吸附剂。
使用本发明所述的改性蛭石吸附剂去除污水中有机物的方法，包含如下步骤：将改性蛭石吸附剂加入污水中搅拌混合。
本发明所述改性蛭石吸附剂在污水中的质量浓度优选为1.5～2.5g/L，进一步优选为1.8～2.3g/L，更优选为2～2.1g/L；所述搅拌混合的温度优选为 20～25℃，进一步优选为21～24℃，更优选为22～23℃；所述搅拌混合的时间优选为50～70min，进一步优选为55～65min，更优选为60min；所述搅拌混合的速率优选为110～130r/min，进一步优选为115～125r/min，更优选为 120r/min。
本发明的改性蛭石吸附剂的制备流程示意图如图1所示。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将天然蛭石(比重为2.5g/cm3，硬度为1.5)粉碎过筛，得到目数为100 目的蛭石颗粒。将蛭石颗粒在浓度为0.25g/L的硫酸铁溶液中浸渍24h，硫酸铁溶液和蛭石颗粒的质量比为1：4。通过真空抽滤装置将蛭石颗粒与硫酸铁溶液固液分离后对蛭石颗粒进行干燥。干燥后的蛭石颗粒置于马弗炉中，以15℃/min的速度升温至200℃，在200℃下恒温焙烧1h后取出，降温至室温，得到改性蛭石吸附剂。
实施例1的改性蛭石吸附剂的比表面积为1.68m2·g-1。
实施例2
将天然蛭石(比重为2.55g/cm3，硬度为1.4)粉碎过筛，得到目数为100 目的蛭石颗粒。将蛭石颗粒在浓度为0.25g/L的硫酸铝溶液中浸渍24h，硫酸铝溶液和蛭石颗粒的质量比为1：4。通过真空抽滤装置将蛭石颗粒与硫酸铝溶液固液分离后对蛭石颗粒进行干燥。干燥后的蛭石颗粒置于马弗炉中，以15℃/min的速度升温至200℃，在200℃下恒温焙烧1h后取出，降温至室温，得到改性蛭石吸附剂。
实施例2的改性蛭石吸附剂的比表面积为1.71m2·g-1。
实施例3
将天然蛭石(比重为2.55g/cm3，硬度为1.4)粉碎过筛，得到目数为100 目的蛭石颗粒。将蛭石颗粒在浓度为0.25g/L的硫酸锌溶液中浸渍24h，硫酸锌溶液和蛭石颗粒的质量比为1：2。通过真空抽滤装置将蛭石颗粒与硫酸锌溶液固液分离后对蛭石颗粒进行干燥。干燥后的蛭石颗粒置于马弗炉中，以15℃/min的速度升温至200℃，在200℃下恒温焙烧1h后取出，降温至室温，得到改性蛭石吸附剂。
实施例3的改性蛭石吸附剂的比表面积为3.21m2·g-1。
实施例4
将天然蛭石(比重为2.45g/cm3，硬度为1.2)粉碎过筛，得到目数为85 目的蛭石颗粒。将蛭石颗粒在浓度为0.22g/L的硫酸铁溶液中浸渍28h，硫酸铁溶液和蛭石颗粒的质量比为1：3。通过真空抽滤装置将蛭石颗粒与硫酸铁溶液固液分离后对蛭石颗粒进行干燥。干燥后的蛭石颗粒置于马弗炉中，以12℃/min的速度升温至170℃，在170℃下恒温焙烧1.5h后取出，降温至室温，得到改性蛭石吸附剂。
实施例4的改性蛭石吸附剂的比表面积为1.65m2·g-1。
实施例5
将天然蛭石(比重为2.65g/cm3，硬度为1.7)粉碎过筛，得到目数为110 目的蛭石颗粒。将蛭石颗粒在浓度为0.28g/L的硫酸铝溶液中浸渍20h，硫酸铝溶液和蛭石颗粒的质量比为1：5。通过真空抽滤装置将蛭石颗粒与硫酸铝溶液固液分离后对蛭石颗粒进行干燥。干燥后的蛭石颗粒置于马弗炉中，以18℃/min的速度升温至240℃，在240℃下恒温焙烧0.5h后取出，降温至室温，得到改性蛭石吸附剂。
实施例5的改性蛭石吸附剂的比表面积为2.58m2·g-1。
实施例6
将天然蛭石(比重为2.5g/cm3，硬度为1.3)粉碎过筛，得到目数为90 目的蛭石颗粒。将蛭石颗粒在浓度为0.23g/L的硫酸锌溶液中浸渍22h，硫酸锌溶液和蛭石颗粒的质量比为1：3。通过真空抽滤装置将蛭石颗粒与硫酸锌溶液固液分离后对蛭石颗粒进行干燥。干燥后的蛭石颗粒置于马弗炉中，以13℃/min的速度升温至230℃，在230℃下恒温焙烧1h后取出，降温至室温，得到改性蛭石吸附剂。
实施例6的改性蛭石吸附剂的比表面积为3.41m2·g-1。
对比例1
将实施例1中硫酸铁溶液和蛭石颗粒的质量比1：4改为1：6，其他条件和实施例1相同。
对比例1的改性蛭石吸附剂的比表面积为3.52m2·g-1。
对比例2
将实施例1中硫酸铁溶液和蛭石颗粒的质量比1：4改为1：2，其他条件和实施例1相同。
对比例2的改性蛭石吸附剂的比表面积为0.74m2·g-1。
对比例3
将实施例2中硫酸铝溶液和蛭石颗粒的质量比1：4改为1：6，其他条件和实施例2相同。
对比例3的改性蛭石吸附剂的比表面积为3.42m2·g-1。
对比例4
将实施例2中硫酸铝溶液和蛭石颗粒的质量比1：4改为1：2，其他条件和实施例2相同。
对比例4的改性蛭石吸附剂的比表面积为0.68m2·g-1。
对比例5
将实施例3中硫酸锌溶液和蛭石颗粒的质量比1：2改为1：4，其他条件和实施例3相同。
对比例5的改性蛭石吸附剂的比表面积为3.62m2·g-1。
对比例6
将实施例3中硫酸铝溶液和蛭石颗粒的质量比1：2改为2：1，其他条件和实施例3相同。
对比例6的改性蛭石吸附剂的比表面积为0.57m2·g-1。
利用实施例1～3和对比例1～6的改性蛭石吸附剂深度处理活性污泥废水系统的出水有机物。污泥废水的COD(化学需氧量)值为70mg·L-1，pH 值为8.0。向500mL污泥废水中分别加入质量均为1g的实施例1～3的改性蛭石吸附剂、对比例1～6的改性蛭石吸附剂和未改性天然蛭石，以120r/min 的速度搅拌60分钟。实施例1～3的改性蛭石吸附剂、对比例1～6的改性蛭石吸附剂和未改性天然蛭石在上述相同的条件下重复三次处理活性污泥废水中有机物，记录各个蛭石样品对有机物去除率的平均值。改性蛭石和天然蛭石对活性污泥废水中有机物的平均去除率如表1所示。
表1不同蛭石对废水中有机物的平均去除率
| 蛭石样品 | 有机物平均去除率 |
| 实施例1 | 39.8％ |
| 实施例2 | 47.77％ |
| 实施例3 | 41.78％ |
| 对比例1 | 35.6％ |
| 对比例2 | 32.5％ |
| 对比例3 | 36.23％ |
| 对比例4 | 40.53％ |
| 对比例5 | 24.82％ |
| 对比例6 | 36.41％ |
| 未改性天然蛭石 | 23.38％ |
由表1可知，本发明的改性蛭石吸附剂对污水中有机物的去除率相对于天然蛭石显著提升，本发明的改性蛭石吸附剂均匀分布在污水中，有助于产生良好的混凝效果，同时改性蛭石吸附剂具有正电性和较多的氢键、π-π键，对有机物具有较好的吸附能力。由对比例1～6可知，化学混凝剂和蛭石颗粒的质量比对废水中有机物的去除率具有显著影响，本发明的化学混凝剂和蛭石颗粒的质量比能够有效提高废水中有机物的去除率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种改性蛭石吸附剂的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
1)将蛭石颗粒在化学混凝剂中浸渍处理，得到改性蛭石；
2)对改性蛭石进行焙烧处理，得到改性蛭石吸附剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述蛭石颗粒的粒径为80～120目；蛭石颗粒所用蛭石的比重为2.4～2.7g/cm3，pH值为7～8，硬度为1.0～1.8。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述化学混凝剂包含硫酸铁溶液、硫酸铝溶液或硫酸锌溶液；所述化学混凝剂的质量浓度为0.2～0.3g/L。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，当所述化学混凝剂为硫酸铁溶液或硫酸铝溶液时，所述化学混凝剂和蛭石颗粒的质量比为1:3～5；当所述化学混凝剂为硫酸锌溶液时，所述硫酸锌溶液和蛭石颗粒的质量比为1:1～3。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述浸渍处理的时间为18～30h。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述焙烧处理的温度为150～250℃，时间为0.5～1.5h；升温至焙烧处理温度的升温速率为10～20℃/min。
7.权利要求1～6任意一项所述的制备方法得到的改性蛭石吸附剂。
8.使用权利要求7所述的改性蛭石吸附剂去除污水中有机物的方法，其特征在于，包含如下步骤：将改性蛭石吸附剂加入污水中搅拌混合。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述改性蛭石吸附剂在污水中的质量浓度为1.5～2.5g/L；所述搅拌混合的温度为20～25℃，时间为50～70min，速率为110～130r/min。
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