CN114247420A - 一种多孔性吸附剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多孔性吸附剂的制备方法，其特征是该方法包括以下步骤：1）将高岭土，海泡石、凹凸棒土、硅藻土、膨润土中的一种或几种混匀，在400‑700℃下焙烧1‑10 h，得焙烧组分；2）将步骤1）的焙烧组分加入到碱性溶液中，升温至65‑90℃，恒温2‑8 h，过滤留母液，用水洗涤反应物，洗液与母液混合得滤液；3）将步骤2）得到的滤液加入铝盐溶液，调节体系pH值为7.5‑9.5，得到凝胶物质；4）将步骤2）得到的水洗反应物、步骤3）得到的凝胶物质、添加剂加入到一起，混均；5）将步骤4）得到的混合物干燥、磨细，得到多孔性吸附剂。该吸附剂对重金属离子有快速吸附作用，效率高，效果稳定，生产过程清洁化，具有良好的应用前景。

Description

一种多孔性吸附剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种重金属离子吸附剂的制备方法，属于重金属污染水处理技术领域。

背景技术

重金属污染是指由重金属或其化合物造成的环境污染，主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。由于重金属具有不易移动溶解的特性，进入生物体后不能被排出，会造成慢性中毒。当前随着工业的迅速发展，我国每年工业废水的排放总量已超过了 800 亿吨，而其中电镀废水的排放量达到 60 亿立方米，引起的重金属污染日趋严重。因此，重金属污染的治理日益受到人们的重视。

目前重金属废水的处理方法主要有离子交换法、化学法、吸附法、膜分离技术法、生物处理法、反渗析法等。离子交换法、膜分离法和电解法运行成本高、耗能大。吸附法主要是利用高比表面积或具有多孔结构的物质作为吸附材料去吸附重金属离子。该方法的核心是吸附剂的选择，常用的吸附剂有活性炭、矿物质、分子筛和微生物等。吸附法有较强的适应性，投资低。

专利 CN 102658097B 公开了一种高效除磷多孔性颗粒吸附剂的制备方法，是以白云石和蒙脱石为原料，加入水、可溶性淀粉和 Al₂(SO₄)₃ 充分搅拌均匀、造粒铸型、干燥、焙烧制备而成。该吸附剂对水体中的磷有高度亲合性，不会对水体及水生生物产生毒害，使用后便于从水体中移出。专利 CN1865165A 是利用膨润土与阳离子表面活性剂制备吸附剂的方法；专利 CN104785202A 涉及利用改性凹凸棒土作为吸附剂处理电镀废水等废水；专利 CN103962092B 利用改性火山石作为吸附剂吸附电镀废水。专利 102698707 A 公开了一种工业废水吸附剂及其制备方法，该吸附剂由 80~95% 钢渣细粉、2~15% 水和 2~6% 发泡剂（按重量百分比计）组合而成。

从多数吸附剂表面结构的设计上看，主要是依赖吸附物质的天然表面和颗粒间堆积的间隙孔道，吸附能力相对较弱，从工艺上存在工序复杂、稳定性低或强度差的不足。采用具有离子交换能力的吸附剂，便于再生，具有工艺流程简单，效率高等特点。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种吸附剂及其制备方法，制备的吸附剂可作为低成本且处理效果稳定的重金属废水处理剂。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：采用吸附法，其中吸附剂的制备包括以下工艺步骤：

1）将高岭土，海泡石、凹凸棒土、硅藻土、膨润土中的一种或几种混合至均匀，在400-700 ℃下焙烧 1-10 h，得焙烧组分；

2）将步骤 1）的焙烧组分加入到碱性溶液中，升温至 65-90 ℃，恒温 2-8 h，过滤留母液，用焙烧组分质量的1-3 倍水洗涤反应物，洗液与母液混合得滤液；

3）将步骤 2）得到的滤液加入铝盐溶液，调节体系 pH 值为 7.5-9.5，得到凝胶物质；

4）将步骤 2）得到的水洗反应物、步骤 3）得到的凝胶物质、添加剂加入到一起，混合均匀；

5）将步骤 4）得到的混合物干燥、磨细，得到多孔性吸附剂。

所述步骤 1）中，高岭土的加入量为30-70 %，高岭土、海泡石、凹凸棒土、硅藻土、膨润土的粒度为160-200 目；

所述步骤 2）中，碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钠中的一种或几种，加入量为焙烧组分质量的10-50 %；

所述步骤 3）中，铝盐溶液为硫酸铝、氯化铝；

所述步骤 4）中，添加剂为多孔氧化铝、淀粉、田箐粉、蛭石中的一种或几种，加入量为步骤 1）中焙烧组分的1-15 %；

所述步骤 5）中，多孔吸附剂的水分含量为 8-10 %，粒度为160-200 目。

本发明具有以下优点：

（1）吸附剂以高岭土为主要天然粘土来源，多孔大表面的天然粘土作为辅助原料，通过混合焙烧过程，物质发生相转变，与碱性溶液发生反应后，生成了含有 NaA 型沸石分子筛的多孔复合材料，这种多孔结构的复合材料具有强的吸附性能和离子交换能力，对废水中的杂质去除率高，可作为吸附重金属废水的高活性成分，同时吸附剂便于再生，提高其使用寿命；

（2）反应后的母液及洗液的混合液与铝盐发生反应，可生成多孔硅铝凝胶物质，进一步提升了吸附剂的吸附性能，同时将反应过程产生的液体全部转化为有效的吸附物质，使得生产过程无废液产生，是一种清洁化的生产工艺，具有较高的环保性；

（3）吸附剂还补充了添加剂，用于强化提高吸附剂的孔体积、表面积和颗粒性质，提升吸附重金属废水中污染物的能力；

（4）本发明制成的吸附剂，可高效去除废水中的重金属离子等杂质；吸附剂制备方法简单，成本低廉，生产过程清洁；处理方法简单，不需要增加设备及工艺，降低处理成本，可带来可观的经济效益和良好的社会效益。

具体实施方式

下面的实施例将对本发明作进一步说明，但并不因此限制本发明。

实施例1

1、吸附剂的制备

（1）将 105.6 g 高岭土、121.3 g海泡石、131.4 g 膨润土混合均匀，粉碎至各粘土物质的粒径为160-200 目，混合物在 700 ℃下焙烧 1 h，得焙烧组分；

（2）将步骤 1）中焙烧组分 200 g 加入245 ml、15 % 的氢氧化钾溶液中，升温至90 ℃，反应 2 h，过滤留母液，用 600 ml 的水洗涤反应物，洗液与母液混合得滤液；

（3）将步骤 2）得到的滤液加入 90 g/L 硫酸铝溶液，调节体系 pH 值为 8.0，得到凝胶物质；

（4）将步骤 2）得到的水洗反应物、步骤 3）得到的凝胶物质、5 g 田箐粉、2 g 蛭石加到一起，混合均匀；

（5）将步骤 4）得到的混合物在 120 ℃下干燥 8 h，得到多孔性吸附剂，水分为9.1 %，粒径为160-200 目。

2、吸附性能测试

取吸附剂0.5 g，加入到100 ml 含重金属的模拟废水溶液中，铬、锌、铜、汞离子浓度分别为312 mg/L、286 mg/L、298 mg/L、25 mg/L，pH 值为6.2，放入恒温振荡器上，保持一定频率，振荡2 h。用移液管取5 mL 混合液离心分离，取上层清液，采用原子吸收分光光度仪分析溶液中重金属离子含量。铬、锌、铜、镉离子浓度分别为24 mg/L、13.4 mg/L、7.5 mg/L、450μg/L，重金属离子的去除率分别为 92.3 ％、95.3 ％、97.5 %、98.2 %；脱色率达到96.3 %。

实施例2

1、吸附剂的制备

（1）将 164.3 g 高岭土、75.8 g硅藻土混合均匀，粉碎至粒径为160-200 目，在400 ℃下焙烧 10 h，得焙烧组分；

（2）将步骤 1）中焙烧组分 150 g 加入190 ml、30 % 的氢氧化钠溶液中，升温至65 ℃，反应 8 h，过滤留母液，用 300 ml 的水洗涤反应物，洗液与母液混合得滤液；

（3）将步骤 2）得到的滤液加入 70 g/L 氯化铝溶液，调节体系 pH 值为 9.5，得到凝胶物质；

（4）将步骤 2）得到的水洗反应物、步骤 3）得到的凝胶物质、22 g 淀粉加到一起，混合均匀；

（5）将步骤 4）得到的混合物在 150 ℃下干燥 6 h，得到多孔性吸附剂，水分为8.7 %，粒径为160-200 目。

2、吸附性能测试

取吸附剂0.5 g，加入到100 ml 含重金属废水中，铬、锌、铜、镉离子浓度分别为312 mg/L、286 mg/L、298 mg/L、25 mg/L，调节pH 值为6.7，放入恒温振荡器上，保持一定频率，振荡2 h。用移液管取5 mL 混合液离心分离，取上层清液，采用原子吸收分光光度仪分析溶液中重金属离子含量。铬、锌、铜、镉离子浓度分别为15.9 mg/L、23.5 mg/L、10 mg/L、518μg/L，重金属离子的去除率分别为 94.9 ％、91.8 ％、96.6 %、97.9 %；脱色率达到97.1%。

实施例3

1、吸附剂的制备

（1）将 59 g 高岭土、40 g凹凸棒土混合均匀，粉碎至粒径为160-200 目，在 600℃下焙烧 4 h，得焙烧组分；

（2）将步骤 1）中焙烧组分 80 g 加入83 ml、29 % 的硅酸钠溶液中，升温至 80℃，反应 4 h，过滤留母液，用 80 ml 的水洗涤反应物，洗液与母液混合得滤液；

（3）将步骤 2）得到的滤液加入 90 g/L 硫酸铝溶液，调节体系 pH 值为 7.0，得到凝胶物质；

（4）将步骤 2）得到的水洗反应物、步骤 3）得到的凝胶物质、6 g 多孔氧化铝加到一起，混合均匀；

（5）将步骤 4）得到的混合物在 120 ℃下干燥 6 h，得到多孔性吸附剂，水分为9.5 %，粒径为160-200 目。

2、吸附性能测试

取吸附剂0.5 g，加入到100 ml 含重金属的模拟废水溶液中，铬、锌、铜、汞离子浓度分别为312 mg/L、286 mg/L、298 mg/L、25 mg/L，pH 值为7.0，放入恒温振荡器上，保持一定频率，振荡2 h。用移液管取5 mL 混合液离心分离，取上层清液，采用原子吸收分光光度仪分析溶液中重金属离子含量。铬、锌、铜、镉离子浓度分别为18 mg/L、21 mg/L、6 mg/L、282μg/L，重金属离子的去除率分别为 94.2 ％、92.7 ％、98.0 %、98.9 %；脱色率达到96.9%。

Claims (2)

1.一种多孔性吸附剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括下列步骤：

1）将高岭土，海泡石、凹凸棒土、硅藻土、膨润土中的一种或几种混合至均匀，在 400-700 ℃下焙烧 1-10 h，得焙烧组分；

2）将步骤 1）的焙烧组分加入到碱性溶液中，升温至 65-90 ℃，恒温 2-8 h，过滤留母液，用焙烧组分质量的1-3 倍水洗涤反应物，洗液与母液混合得滤液；

3）将步骤 2）得到的滤液加入铝盐溶液，调节体系 pH 值为 7.5-9.5，得到凝胶物质；

4）将步骤 2）得到的水洗反应物、步骤 3）得到的凝胶物质、添加剂加入到一起，混合均匀；

5）将步骤 4）得到的混合物干燥、磨细，得到多孔性吸附剂。

2.所述步骤 1）中，高岭土的加入量为30-70 %，高岭土、海泡石、凹凸棒土、硅藻土、膨润土的粒度为160-200 目；

所述步骤 2）中，碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钠中的一种或几种，加入量为焙烧组分质量的10-50 %；

所述步骤 3）中，铝盐溶液为硫酸铝、氯化铝；

所述步骤 4）中，添加剂为多孔氧化铝、淀粉、田箐粉、蛭石中的一种或几种，加入量为步骤 1）中焙烧组分的1-15 %；

所述步骤 5）中，多孔吸附剂的水分含量为 8-10 %，粒度为160-200 目。