CN114368821A - 一种用于治理重金属污染的超稳矿化剂的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于治理重金属污染的超稳矿化剂的制备方法及应用,以在盐湖开发利用镁资源过程中产生的蒸氨废液为原料,根据蒸氨废液的成分含量,按照原子经济反应的原则配比加入碱和三价铝的氢氧化物或氧化物,按照一定的质量浓度加入水,在一定温度和搅拌速率下,反应到规定的时间,将反应所得产物进行过滤、洗涤、干燥,得到产品,然后将产品用于去除废液中的重金属离子。本发明制备超稳矿化剂的方法简单,原料属于废物利用,成本低,并且无“三废”产生,绿色环保。所得产品结构简单稳定,表现出超稳矿化态,能同时有效去除多种重金属离子,效率高,成本低,表现出的超稳矿化态可防止金属离子的再次游离,避免二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及化工产品技术领域,尤其涉及一种用于治理重金属污染的超稳矿化剂的制备方法及应用。
背景技术
青海盐湖资源十分丰富,是青海第一大资源。随着国家对青海省盐湖资源开发的重视,各种盐湖产品开发相继涌现,为建成世界级盐湖产业基地做准备。目前盐湖资源开发过程中副产的氯化钙已达600万吨/年,并随着碱的增产和镁化工产品的开发不断增长,其中只有少部分制备成氯化钙进行销售,绝大部分排回盐湖,不仅制约了企业的长期发展,还会污染盐湖的其他资源,因此对氯化钙的开发迫在眉睫。
重金属污染已成为全人类面临的重要问题。
层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides,简写LDHs)是一类层状材料,具有独特的二维层状结构和丰富的可调变性。利用LDHs的可调控性可创造一种新型超稳矿化重金属吸附材料,北京化工大学的孔祥贵等公布了一种超稳矿化剂及其修复重金属污染土壤的应用以及一种用于治理镍污染的超稳矿化剂及其在含镍废水处理和镍污染土壤修复中的应用专利。在其公开的内容中,制备超稳矿化剂的方法均是传统的盐和碱的反应,在制备过程中会有相应的废弃物产生,会产生新的污染,并造成浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种环境友好、化学反应绿色环保、方法简单、可进行规模化生产、产品活性高、处理效果好的用于治理重金属污染的超稳矿化剂的制备方法及应用。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:一种用于治理重金属污染的超稳矿化剂的制备方法,其特征在于:按以下步骤进行,
1)检测出蒸氨废液中有效物质Ca2+、Mg2+以及氢氧化镁、氢氧化钙沉淀的具体含量,按照MxCa4-xAl2Cl2(OH)12·4H2O的分子式计算出氧化钙和氢氧化铝/ 氧化铝(即氢氧化铝或氧化铝均可)的加入量,按照按照产物在反应体系中的固含量为5%-30%的量加水于反应釜中与氧化钙和氢氧化铝或氧化铝进行反应;
2)设置反应温度为60℃~200℃,边搅拌边反应2h~10h;反应结束后,抽滤、洗涤、烘干,得到六角片状超稳矿化剂。
在步骤1)中,所述蒸氨废液为盐湖氨法生产氢氧化镁过程中所副产的蒸氨液,其中氯化钙的浓度为1.25~1.45mol/L,氯化镁的浓度为0.15~0.40mol/L,可能还会含有少量的镁离子和氢氧化镁、氢氧化钙固体。
步骤1)中的分子式MxCa4-xAl2Cl2(OH)12·4H2O中的M代表除钙以外其他参与反应的二价金属离子。
在步骤1)中所使用的氧化钙为工业产氧化钙,其有效活性成分大于90%。
步骤1)中所使用的氢氧化铝/氧化铝经过砂磨机研磨活化处理后其粒径要求D90小于20μm,并且处理后以浊液活性方式进入反应釜。
在步骤2)中,洗涤是用去离子水洗涤,烘干是在60℃下烘干。
前述用于治理重金属污染的超稳矿化剂在处理含重金属废水中的应用。
该超稳矿化剂应用过程的具体操作方法为:将所述超稳矿化剂加入含重金属的废水中,其加入量为所有重金属离子总和的10~150倍,调节废水的pH值≥4.0,在室温下搅拌或震荡处理0.5h~24h,达到去除平衡,将超稳矿化剂分离。
废水中的重金属离子为Cu、Pb、Cd、Ni、Cr、Co、V、Mo离子中的一种、两种或若干种。
与现有技术比较,本发明具有以下优点:第一,本发明利用盐湖开发过程中副产的氯化钙为原料,采用原子经济反应,不再产生新的污染物,并且无“三废”产生,属于绿色化学范畴,环境友好。
第二,本发明制备的超稳矿化材料同时对多种重金属有去除作用,可以广泛应用于水、土壤污染的治理,有广阔的应用前景和市场。
第三,本发明的制备方法可进行工业化生产,本发明的保护范围不仅限于实验室研究,也包含工业化生产。
附图说明
图1为实施例1最终产品超稳矿化环境修复材料的XRD图;
图2为实施例1最终产品超稳矿化环境修复材料的SEM图;
图3为实施例1最终产品超稳矿化环境修复材料吸附镉后的XRD图;
图4为实施例1最终产品超稳矿化环境修复材料吸附铜、镉、铅、锌后的 XRD图。
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施例对本发明做进一步说明:
实施例1,在反应釜中加入120mL去离子水,称取7.80g氢氧化铝,7.847g 氧化钙加入其中,量取34mL蒸氨废液加入其中。在500r/min搅拌条件下,升温至100℃,保温2h,停止加热。冷却至室温,抽滤,去离子水洗涤,60℃烘箱干燥,得到六角片状超稳矿化环境修复材料。图1为所制备材料的XRD图,由图1可以看出所制备的MgCaAl-LDHs超稳矿化材料呈现出层状材料特征,并且无氢氧化铝、氢氧化钙、氢氧化镁、碳酸钙等材料的杂质峰,所制备的三元复合材料为单一物相结构。图2为所制备材料的SEM图,由图2可以看出所制备的材料为层状材料,并且为六角片状结构。
实施例2,在反应釜中加入1000mL去离子水,称取103.74g氢氧化铝(或氧化铝),104.53g氧化钙和7.75g氢氧化镁加入其中,量取501mL蒸氨废液加入其中。在1000r/min搅拌条件下,升温至150℃,保温3h,停止加热。冷却至室温,抽滤,去离子水洗涤,60℃烘箱干燥,得到六角片状超稳矿化环境修复材料。因蒸氨液中含有少量氢氧化镁,此反应所制备材料的XRD图和SEM图与实施例1的图片基本一致,不再列举。
应用例1,超稳矿化环境修复材料对水中镉的去除:称取0.4g实施例1制备的超稳矿化环境修复材料置于400mL的烧杯中,加入200ml含Cd2+的水溶液,其中Cd2+的浓度为100mg/L。室温下磁力搅拌均匀,放置过夜后(19h)取上层溶液后用0.22um的过滤膜过滤后通过ICP测其中Cd2+的浓度。结果表明超稳矿化环境修复材料对镉的去除就达到99.9%以上。过滤出吸附镉后的超稳矿化环境修复材料,测定其XRD,分析其结构,XRD图如图3所示。从图3可以看出水滑石主体结构并有发生变化,图1中存在的水滑石特征峰在图3中仍然存在,并未发生明显变化,只是在18.8处的峰有所增强,可能是氢氧化物总量有所增加所致,但是主体材料并未发生变化,这说明去除镉后的超稳矿化环境修复材料完整保留了其自身特征,也进一步证明本材料的稳定性。
应用例2,超稳矿化环境修复材料对铜、镉、铅、锌混合溶液中铜、镉、铅、锌的去除:称取0.5g实施例1制备的超稳矿化环境修复材料置于400mL的烧杯中,加入200ml含Cu2+、Cd2 +、Pb2+、Zn2+的水溶液,其中各离子的浓度为25mg/L。室温下磁力搅拌每间隔一定时间,取上层溶液用0.22um的过滤膜过滤后,通过 ICP测其中各离子的浓度。结果表明超稳矿化环境修复材料对离子的去除速率很大,5min后对铜的去除率达到99.9%,50min后对铅的去除率达到99.9%,130min 后对锌的去除率达到99.9%,但要15h后对镉的去除率达到99%。这也表明超稳矿化环境修复材料在多金属离子混合溶液中也能表现出很强的超稳矿化作用,只是对不同离子的去除速率有所不同。吸附重金属离子后的超稳矿化土壤修复材料做XRD分析,XRD图如图4所示,对比图1与图4可以看出,水滑石主体结构并没有发生变化,图1中存在的水滑石特征峰在图4中仍然存在,并未发生明显变化,这说明去除铜、镉、铅、锌后的超稳矿化环境修复材料完整保留了其自身特征,也进一步证明本材料的稳定性。
以上已将本发明做一详细说明,以上所述,仅为本发明之较佳实施例而已,当不能限定本发明实施范围,即凡依本申请范围所作均等变化与修饰,皆应仍属本发明涵盖范围内。
Claims (9)
1.一种用于治理重金属污染的超稳矿化剂的制备方法,其特征在于:按以下步骤进行,
1)检测出蒸氨废液中有效物质Ca2+、Mg2+以及氢氧化镁、氢氧化钙沉淀的具体含量,按照MxCa4-xAl2Cl2(OH)12·4H2O的分子式计算出氧化钙和氢氧化铝/氧化铝的加入量,按照产物在反应体系中的固含量为5%-30%的量加水于反应釜中与氧化钙和氢氧化铝或氧化铝进行反应;
2)设置反应温度为60℃~200℃,边搅拌边反应2h~10h;反应结束后,抽滤、洗涤、烘干,得到六角片状超稳矿化剂。
2.根据权利要求1所述的用于治理重金属污染的超稳矿化剂的制备方法,其特征在于:在步骤1)中,所述蒸氨废液为盐湖氨法生产氢氧化镁过程中所副产的蒸氨液,其中氯化钙的浓度为1.25~1.45mol/L,氯化镁的浓度为0.15~0.40mol/L。
3.根据权利要求1所述的用于治理重金属污染的超稳矿化剂的制备方法,其特征在于:步骤1)中的分子式MxCa4-xAl2Cl2(OH)12·4H2O中的M代表除钙以外其他参与反应的二价金属离子。
4.根据权利要求1所述的用于治理重金属污染的超稳矿化剂的制备方法,其特征在于:在步骤1)中所使用的氧化钙为工业产氧化钙,其有效活性成分大于90%。
5.根据权利要求1所述的用于治理重金属污染的超稳矿化剂的制备方法,其特征在于:步骤1)中所使用的氢氧化铝/氧化铝经过砂磨机研磨活化处理后其粒径要求D90小于20μm,并且处理后以浊液活性方式进入反应釜。
6.根据权利要求1所述的用于治理重金属污染的超稳矿化剂的制备方法,其特征在于:在步骤2)中,洗涤是用去离子水洗涤,烘干是在60℃下烘干。
7.一种权利要求1所述的用于治理重金属污染的超稳矿化剂在处理含重金属废水中的应用。
8.根据权利要求7所述的用于治理重金属污染的超稳矿化剂的应用,其特征在于:应用过程的具体操作方法为:将所述超稳矿化剂加入含重金属的废水中,其加入量为所有重金属离子总和的10~150倍,调节废水的pH值≥4.0,在室温下搅拌或震荡处理0.5h~24h,达到去除平衡,将超稳矿化剂分离。
9.根据权利要求8所述的用于治理重金属污染的超稳矿化剂的应用,其特征在于:废水中的重金属离子为Cu、Pb、Cd、Ni、Cr、Co、V、Mo离子中的一种、两种或若干种。
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