CN114405458A - 凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料及其制备方法和应用 - Google Patents
凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114405458A CN114405458A CN202210155637.2A CN202210155637A CN114405458A CN 114405458 A CN114405458 A CN 114405458A CN 202210155637 A CN202210155637 A CN 202210155637A CN 114405458 A CN114405458 A CN 114405458A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- attapulgite
- cement
- porous composite
- adsorption
- foam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 115
- 239000004568 cement Substances 0.000 title claims abstract description 79
- 229910052625 palygorskite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 78
- 229960000892 attapulgite Drugs 0.000 title claims abstract description 77
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 title claims abstract description 75
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims abstract description 49
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims abstract description 36
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000005187 foaming Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims abstract description 3
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 13
- 239000004088 foaming agent Substances 0.000 claims description 10
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 11
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 abstract description 3
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 abstract description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 abstract description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 32
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 26
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 17
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 5
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 3
- JLDKGEDPBONMDR-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane;hydrate Chemical compound O.[Ca+2].[O-][Si]([O-])=O JLDKGEDPBONMDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 3
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 241001391944 Commicarpus scandens Species 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000002156 adsorbate Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N potassium dichromate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 2
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000980 acid dye Substances 0.000 description 1
- SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N aluminum magnesium Chemical compound [Mg].[Al] SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000000378 calcium silicate Substances 0.000 description 1
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Ca+2].[O-][Si]([O-])=O OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010410 dusting Methods 0.000 description 1
- 239000010919 dye waste Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052604 silicate mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000001757 thermogravimetry curve Methods 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/10—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
- B01J20/12—Naturally occurring clays or bleaching earth
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/10—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
- B01J20/28002—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J20/28011—Other properties, e.g. density, crush strength
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
- B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J20/28057—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area
- B01J20/28059—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area being less than 100 m2/g
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
- B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J20/28078—Pore diameter
- B01J20/2808—Pore diameter being less than 2 nm, i.e. micropores or nanopores
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/288—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using composite sorbents, e.g. coated, impregnated, multi-layered
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Water Treatment By Sorption (AREA)
Abstract
本发明属于吸附材料制备和吸附分离技术领域，具体涉及一种凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料及其制备方法和应用。先利用预发泡法制备泡沫，再按比例分别称取凹凸棒土、硅酸盐水泥加入到烧杯中混合搅拌均匀，加入设计量的水、早强剂氯化钙，搅拌并将泡沫掺加到料浆中，倒入模具、养护、脱模，制备出凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料，将其应用于染料废水中有机物的去除。该材料孔隙结构丰富、制备成本低，有良好的热稳定性且方便回收，可通过热解的方式实现材料的循环再生利用，可为处理染料等废水提供新思路。
Description
技术领域
本发明属于吸附材料制备和吸附分离技术领域，具体涉及一种凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料及其制备方法和应用。
背景技术
染料废水具有水量大、有机污染物含量高、色泽深、酸碱性强等特点，一直是废水处理中的难题。染料行业品种繁多、工艺复杂，染料废水严重影响了环境水体的安全，故综合治理染料废水成为亟待解决的问题，而且极具挑战性。
凹凸棒土又称坡缕石(Attapulgite，ATP)化学式Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O，具有链层状结构，而且是一种不连续八面体结构的天然镁铝硅酸矿物，呈纤维状或纤维集合状，晶体结构为两个二氧化硅四面体，通过八面体配位连接到Al3+和Mg2+离子上，有大量的自由纳米级通道。ATP具有比表面积大、耐热性好和较高的吸附脱色能力，且资源丰富、廉价易得，可应用于染料废水处理，有着广泛的应用和重要的经济效益，表面还存在大量的可交换阳离子与羟基，具有较高的离子交换性能，是一种出色的环保型吸附材料，但在水溶液中难以收集，回收率较低。
水化硅酸钙(C-S-H)凝胶作为硅酸盐水泥的主要水化产物(约占70％)，具有多级宏观可见孔和C-S-H凝胶孔结构，在吸附领域有很大应用潜力。但是水泥制备周期长，养护时间一般要维持7～14天，且水泥水化产生大量的水化热积聚在内部不易散发，使内部温度升高，内外温差会导致很大的内应力和温度变形，易使水泥产生裂缝甚至破坏。
随着染料废水的处理越来越受到人们的重视，虽然目前有各种染料废水处理方法的报道，但能成功应用的较少。因此，探索对染料废水的有效处理方法迫在眉睫。
发明内容
为了克服现有技术中存在的技术缺陷，本发明提供了一种具有良好耐热性且制备成本低的凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料及其制备方法和应用，先利用预发泡法制备泡沫，再将凹凸棒土、硅酸盐水泥、水混合搅拌，然后加入泡沫；制备的材料内部有许多孔洞、耐热性好、方便收集，可以很好地解决凹凸棒土粉末状材料回收、再生循环利用性差等问题。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：通过预发泡法制备泡沫，再分别称取不同配比的凹凸棒土、硅酸盐水泥加入到烧杯中混合搅拌均匀，加入水、早强剂混合，最后加入泡沫。放置到恒温恒湿养护箱，取出制得凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料。
进一步的，凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料的制备包括如下步骤：
(1)采用预发泡法制备泡沫，将水泥发泡剂与水按照配比为1:20(体积比)，加入转子常温下磁力搅拌器转速为1500rpm，搅拌至发泡完全；
(2)将凹凸棒土、硅酸盐水泥按照1-3:1的质量比分别加入到烧杯中混合均匀，加入水的配比为水灰比0.7，早强剂CaCl2掺杂量6％，搅拌均匀；
(3)边搅拌边加入制备好的泡沫，泡沫掺杂量8％(泡沫质量占料浆质量的百分比)，混合持续搅拌至均匀，倒入方形模具2.7×2.7×2.7cm；
(4)将模具放入恒温恒湿养护箱温度20±2℃，湿度≥95％，一天脱模，养护7天；
(5)取出，即得到凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料。
上述方法制得的凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料，用于染料废水中有机物的去除。
进一步的，染料废水中有机物去除的具体方法为：预先收集工厂的染料废水，在烧杯中分别加入染料废水和凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料，分别考察材料的不同配比、不同pH、不同温度、不同初始浓度、不同吸附时间下凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料对染料废水中有机物的去除效果。
本发明的技术优点：本发明方法制备了一种具有良好的耐热性且制备成本低的凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料，结合预发泡法制备泡沫，一方面形成的具有多级宏观可见孔和C-S-H凝胶孔结构，较高的比表面积，进入水体中能与其充分接触，应用于染料废水中有机物的去除，材料有很多的孔道便于通过分子间作用力将吸附质吸附，且ATP层链间又有大量的阳离子，可进行离子交换分子间经化学键作用，达到更好的吸附效果，另一方面凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料具有较好热稳定性，通过高温热解的方式不仅去除了吸附物还提高了材料的二次吸附效果，且制备的块状材料便于回收，材料获取方便价格低廉，降低废水处理的成本，达到节能循环再生的目的。
附图说明：
图1的a和b为对比实施例1、c和d为实施例3得到的凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料的扫描电镜图，a和c为材料放大60倍的扫描电镜图，b和d为材料放大200倍的扫描电镜图。
图2a和图2b分别为实施例3得到的凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料的吸附前后的热重分析曲线。
图3为实施例3得到的凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料的氮气吸附脱附等温线以及孔径分布图。
图4为不同配比制备的凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料去除染料废水中有机物的效果。
图5为不同pH对凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料去除染料废水中有机物的影响。
图6为凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料去除染料废水中有机物的等温线图示。
图7为凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料去除染料废水中有机物的动力学图示。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
首先，采用预发泡法制备泡沫，将水泥发泡剂与水按照配比为1：20(体积比)加入烧杯中，加入转子常温下磁力搅拌器转速为1500rpm，搅拌至发泡完全；将凹凸棒土、硅酸盐水泥按照1：1的质量比加入到烧杯中混合均匀，加入设计量的水，水的配比为水灰比0.7，早强剂CaCl2掺杂量6％，搅拌均匀至混合均匀；边搅拌边加入制备好的泡沫，泡沫掺杂量8％(泡沫质量占料浆质量的百分比)，混合持续搅拌均匀，倒入方形模具2.7×2.7×2.7cm；将模具放入恒温恒湿养护箱温度20±2℃湿度大于等于95％，一天脱模，养护7天；最后取出，即得到凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料。
实施例2
首先，采用预发泡法制备泡沫，将水泥发泡剂与水按照配比为1：20(体积比)加入烧杯中，加入转子常温下磁力搅拌器转速为1500rpm，搅拌至发泡完全；将凹凸棒土、硅酸盐水泥按照1.5：1的质量比加入到烧杯中混合均匀，加入设计量的水，水的配比为水灰比0.7，早强剂CaCl2掺杂量6％，搅拌均匀至混合均匀；边搅拌边加入制备好的泡沫，泡沫掺杂量8％(泡沫质量占料浆质量的百分比)，混合持续搅拌均匀，倒入方形模具2.7×2.7×2.7cm；将模具放入恒温恒湿养护箱温度20±2℃湿度大于等于95％，一天脱模，养护7天；最后取出，即得到凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料。
实施例3
首先，采用预发泡法制备泡沫，将水泥发泡剂与水按照配比为1：20(体积比)加入烧杯中，加入转子常温下磁力搅拌器转速为1500rpm，搅拌至发泡完全；将凹凸棒土、硅酸盐水泥按照2：1的质量比加入到烧杯中混合均匀，加入设计量的水，水的配比为水灰比0.7，早强剂CaCl2掺杂量6％，搅拌均匀至混合均匀；边搅拌边加入制备好的泡沫，泡沫掺杂量8％(泡沫质量占料浆质量的百分比)，混合持续搅拌均匀，倒入方形模具2.7×2.7×2.7cm；将模具放入恒温恒湿养护箱温度20±2℃湿度大于等于95％，一天脱模，养护7天；最后取出，即得到凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料。
图1a和b是不同倍数下泡沫掺杂量为2％的凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料SEM图，图1c和d是材料泡沫掺杂量为8％的SEM图。从图中可以发现，实施例3的图1c和d比对比实施例1的图1a和b有更多的孔结构，这是由于泡沫掺杂量的不同。所制备的材料内部明显有凹凸不平的微孔，呈现出蜂窝状结构，材料的凹凸处有利于提高吸附的着附率，而更多的微孔结构则可以保证其具有一定的透水性而溶液浸渍整个材料，有利于吸附反应。
图2a和2b是凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料吸附前后热重曲线，可以看出温度达到110℃左右，有一个较为明显的失重，这是由于材料孔道结构内的沸石水和物理吸附的水脱除造成的；温度范围为110～190℃时，吸附后材料有明显的变化，在160℃时分解速度最快，由于部分有机分解；材料在750℃之后材料残余质量还有80.4％，材料有良好的热稳定性，为材料热解脱附提供可行性。
图3是凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料的氮气吸附脱附等温线以及孔径分布图，用氮气吸附-脱附法研究了材料在393K下的孔容和比表面积，从图中可知，在中等压力曲线上升趋势缓慢，在相对压力在0.6-0.9范围内，曲线迅速上升，表明其中微孔结构的存在，材料的比表面积为98.20m2·g-1，平均孔径为6.52nm，孔径有助于材料吸附的进行。
实施例4
首先，采用预发泡法制备泡沫，将水泥发泡剂与水按照配比为1：20(体积比)加入烧杯中，加入转子常温下磁力搅拌器转速为1500rpm，搅拌至发泡完全；将凹凸棒土、硅酸盐水泥按照3：1的质量比加入到烧杯中混合均匀，加入设计量的水，水的配比为水灰比0.7，早强剂CaCl2掺杂量6％，搅拌均匀至混合均匀；边搅拌边加入制备好的泡沫，泡沫掺杂量8％(泡沫质量占料浆质量的百分比)，混合持续搅拌均匀，倒入方形模具2.7×2.7×2.7cm；将模具放入恒温恒湿养护箱温度20±2℃湿度大于等于95％养护，脱模取出的材料强度低易碎，不能很好的应用于吸附，材料不便于收集循环利用。
对比实施例1
首先，采用预发泡法制备泡沫，将水泥发泡剂与水按照配比为1：20(体积比)加入烧杯中，加入转子常温下磁力搅拌器转速为1500rpm，搅拌至发泡完全；将凹凸棒土、硅酸盐水泥按照2：1的质量比加入到烧杯中混合均匀，加入设计量的水，水的配比为水灰比0.7，早强剂CaCl2掺杂量6％，搅拌均匀至混合均匀；边搅拌边加入制备好的泡沫，泡沫掺杂量2％(泡沫质量占料浆质量的百分比)，混合持续搅拌均匀，倒入方形模具2.7×2.7×2.7cm；将模具放入恒温恒湿养护箱温度20±2℃湿度大于等于95％养护，一天后脱模并继续养护7天；最后取出，即得到凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料。
对比实施例2
首先，采用预发泡法制备泡沫，将水泥发泡剂与水按照配比为1：20(体积比)加入烧杯中，加入转子常温下磁力搅拌器转速为1500rpm，搅拌至发泡完全；将凹凸棒土、硅酸盐水泥按照2：1的质量比加入到烧杯中混合均匀，加入设计量的水，水的配比为水灰比0.7，早强剂CaCl2掺杂量6％，搅拌均匀至混合均匀；边搅拌边加入制备好的泡沫，泡沫掺杂量12％(泡沫质量占料浆质量的百分比)，混合持续搅拌均匀，倒入方形模具2.7×2.7×2.7cm；将模具放入恒温恒湿养护箱温度20±2℃湿度大于等于95％养护，脱模取出的材料强度低易碎，不能很好的应用于吸附，材料不便于收集循环利用。
对比实施例3
首先，采用预发泡法制备泡沫，将水泥发泡剂与水按照配比为1：20(体积比)加入烧杯中，加入转子常温下磁力搅拌器转速为1500rpm，搅拌至发泡完全；将硅酸盐水泥加入烧杯中，加入设计量的水，水的配比为水灰比0.7，早强剂CaCl2掺杂量6％，搅拌均匀至混合均匀；边搅拌边加入制备好的泡沫，泡沫掺杂量8％(泡沫质量占料浆质量的百分比)，混合持续搅拌均匀，倒入方形模具2.7×2.7×2.7cm；将模具放入恒温恒湿养护箱温度20±2℃湿度大于等于95％，一天后脱模并继续养护7天；最后取出，即得到水泥多孔复合吸附材料。
吸附性能分析测试
具体方法按照下述步骤进行：
将凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料加入到100mL染料废水中，放在室温条件下摇床中振荡一定时间，考察测试溶液中不同pH、染料废水中COD的初始浓度(100-2000mg·L-1)、不同配比(1：1，1.5：1，2：1)以及吸附时间(0-720min)变化，研究材料对染料废水中COD去除的影响；吸附结束后取出材料，取吸附后溶液加入比色管再加入COD检测试剂，165℃消解，最后用多参数水质分析仪检测在620nm波长处测定重铬酸钾被还原产生的三价铬的吸光度，溶液中COD值与三价铬的吸光度增加值成正比例关系，将三价铬的吸光度换算成溶液中的COD值，测定染料废水中有机物的浓度。并根据结果计算出凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料的吸附容量(Qe,mg·g-1)：
其中C0(mg·L-1)和Ce(mg·L-1)分别是吸附前后溶液中COD的浓度，V(mL)为染料废水溶液体积，m(g)为吸附材料用量。
效果例1：
取实施例1、2、3中制备的凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料，投加量4g分别加入到里面装有100mL初始浓度为2000mg·L-1染料废水的广口锥形瓶中，把常温下的摇床中振荡6h后，取出吸附材料，测定吸附后溶液中有机物的浓度，并根据结果计算出吸附容量，测试结果见图4，凹凸棒土与硅酸盐水泥配比为2：1时，材料的吸附效果最好，但不能继续加大凹凸棒土与硅酸盐水泥的配比，因为制备的材料强度低易碎，不能很好的应用于吸附，材料不便于收集。
效果例2：
由于获取的染料废水为酸性染料废水，研究了其在酸性条件下pH分别为2、3、4、5、6的染料废水溶液，100mL的初始浓度为2000mg·L-1，加入到广口锥形瓶中，分别加入4g的实施例3中制备的凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料，把常温下的摇床中振荡6h后，去除吸附材料，测定吸附后溶液中有机物的浓度，并根据结果计算出吸附容量，测试结果见图5，结果显示随着pH值的增加，材料的吸附性能也随之增强，在pH值为5时，吸附性能达到最佳，材料的吸附量最大，但继续增加pH到6时，吸附量有所下降。因为强酸条件下破坏了凹凸棒土内部结构，导致其吸附能力变弱。
效果例3：
取100mL的pH为5的染料废水溶液，初始浓度分别为500mg·L-1，1000mg·L-1，1500mg·L-1，2000mg·L-1，2500mg·L-1加入到广口锥形瓶中，加入4g的实施例3中制备的凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料，分别在297K、301K和305K水温的摇床中振荡6h后，取出吸附材料，测定吸附后溶液中有机物的浓度，并根据结果计算出吸附容量，测试结果见图6，结果显示材料对染料废水中有机物的去除是随着初始浓度的增大而增大并逐渐趋于平衡，随着温度的升高，材料对COD的吸附量有所降低，表明凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料吸附有机物是一个放热反应，表明在较高水温条件下，不利于反应进行。采用Freundlich和Langmuir等温线模型。
图6是吸附等温模型，在不同温度下相对Freundlich模型，凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料吸附有机物的吸附过程更符合Langmuir模型，主要是以单分子层化学吸附为主。297K时材料的最大吸附量Qe为36.86mg·g-1。
对数据进行拟合，发现凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料吸附有机物更加符合Langmuir等温线模型，线性拟合的相关系数大于0.98。
效果例4：
取100mL的pH为5的染料废水溶液，初始浓度为2000mg·L-1加入到广口锥形瓶中，分别加入4g的实施例3中制备的凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料，在常温下水温291K的摇床中分别振荡5、10、15、30、60、120、180、240、360和720min后，去除吸附材料，测定吸附后溶液中有机物的浓度，并根据结果计算出吸附容量，测试结果见图7，结果显示材料在最初60min内吸附十分迅速，在随后60-200min吸附速率变慢并逐渐趋于吸附平衡，这是由于凹凸棒土吸附有机物的结合位点不断减少导致的。材料对染料废水中有机物的去除从所需平衡时间上看，达到吸附平衡需要约360min，此时达到了平衡去除率的71.84％，达到平衡吸附量为35.92mg·g-1，整个吸附过程更符合拟二级吸附模型，同时也很好地证明了凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料与染料废水中有机物之间存在化学作用。
对比实施例1-2效果
取实施例3、对比实施例1、对比实施例2中制备的凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料，投加量4g分别加入到里面装有100mL初始浓度为2000mg·L-1染料废水的广口锥形瓶中，把常温下的摇床中振荡6h后，取出吸附材料，测定吸附后溶液中有机物的浓度，并根据结果计算出吸附容量，其中，实施例3的吸附量为36.57mg·g-1，对比实施例1的吸附量为27.93mg·g-1，实施例3比对比实施例1有更好的吸附效果。
可能由于泡沫掺杂量过少，对比实施例1相比于实施例3材料的孔隙结构也随之减少，不利于吸附实验；但若继续增大泡沫掺杂量如对比实施例2，材料掉粉现象严重，且脱模取出的材料强度低易碎，不利于吸附和收集进行循环再生利用。
对比实施例3效果
取100mL的pH为5的染料废水溶液，初始浓度为2000mg·L-1加入到广口锥形瓶中，分别加入4g的对比实施例3中制备的材料，在常温下水温291K的摇床中6h后，去除吸附材料，测定吸附后溶液中有机物的浓度，并根据结果计算出吸附容量，吸附量仅1.25mg·g-1，可见未加入凹凸棒土的发泡水泥吸附效果不佳。
Claims (8)
1.一种凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤如下：
(1)首先采取预发泡法制备泡沫，将水泥发泡剂与水混合，用磁力搅拌器在常温下搅拌直至发泡完全，形成均匀细密的泡沫；
(2)按配比称取凹凸棒土、硅酸盐水泥加入到烧杯中混合搅拌均匀，再加入设计量的水、早强剂氯化钙，混合搅拌均匀，得到浆料；
(3)将步骤(1)制备的泡沫缓慢掺杂到步骤(2)制备的料浆中，持续搅拌至混合均匀，得到预发泡料浆；
(4)将得到的预发泡料浆倒入模具中，放置到恒温恒湿养护箱中，24小时后脱模，养护7天；
(5)取出，即得到凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料。
2.根据权利要求1所述的凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述水泥发泡剂与水的体积比为1:20，磁力搅拌器转速为1500rpm。
3.根据权利要求1所述的凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)按照1-3:1的质量比将凹凸棒土、硅酸盐水泥加入到烧杯中混合搅拌均匀，水灰比为0.7，早强剂CaCl2掺杂量6％。
4.根据权利要求1所述的凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述加入泡沫的质量占料浆质量的8％。
5.根据权利要求1所述的凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)所述恒温恒湿养护箱温度20±2℃，湿度≥95％。
6.一种根据权利要求1所述方法制备的凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料。
7.一种根据权利要求1所述方法制备的凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料的应用，其特征在于，所述凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料应用于染料废水中有机物的去除。
8.根据权利要求7所述方法制备的凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料的应用，其特征在于，具体应用方法为：预先收集染料废水，在烧杯中分别加入染料废水和凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料，分别考察材料的不同配比、不同pH、不同温度、不同初始浓度、不同吸附时间下凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料对染料废水中有机物的去除效果。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210155637.2A CN114405458B (zh) | 2022-02-21 | 2022-02-21 | 凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210155637.2A CN114405458B (zh) | 2022-02-21 | 2022-02-21 | 凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114405458A true CN114405458A (zh) | 2022-04-29 |
| CN114405458B CN114405458B (zh) | 2023-11-17 |
Family
ID=81262409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210155637.2A Active CN114405458B (zh) | 2022-02-21 | 2022-02-21 | 凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114405458B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104310884A (zh) * | 2014-10-08 | 2015-01-28 | 南京大学 | 一种凹凸棒土强化印染污泥处理处置用固化剂及其固化方法 |
| CN106824059A (zh) * | 2017-04-22 | 2017-06-13 | 南京信息工程大学 | 一种用于印染废水处理的多孔凹凸棒土吸附剂及其制备方法 |
| JP2018193663A (ja) * | 2018-09-04 | 2018-12-06 | 王子ホールディングス株式会社 | 無機繊維シートの製造方法、焼成体およびハニカムフィルタ |
| CN110124609A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-08-16 | 成都理工大学 | 用于污染场地的复合阻隔材料及其制备方法 |
-
2022
- 2022-02-21 CN CN202210155637.2A patent/CN114405458B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104310884A (zh) * | 2014-10-08 | 2015-01-28 | 南京大学 | 一种凹凸棒土强化印染污泥处理处置用固化剂及其固化方法 |
| CN106824059A (zh) * | 2017-04-22 | 2017-06-13 | 南京信息工程大学 | 一种用于印染废水处理的多孔凹凸棒土吸附剂及其制备方法 |
| JP2018193663A (ja) * | 2018-09-04 | 2018-12-06 | 王子ホールディングス株式会社 | 無機繊維シートの製造方法、焼成体およびハニカムフィルタ |
| CN110124609A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-08-16 | 成都理工大学 | 用于污染场地的复合阻隔材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114405458B (zh) | 2023-11-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Novais et al. | Geopolymer foams: An overview of recent advancements | |
| CN108658574B (zh) | 一种防脱粉气凝胶复合保温毡 | |
| CN113185194B (zh) | 一种多孔可渗透地聚物材料及其制备方法与应用 | |
| CN105688815A (zh) | 一种多壁碳纳米管-二氧化硅复合气凝胶的制备方法 | |
| Wang et al. | Facile synthesis of porous geopolymers via the addition of a water-soluble pore forming agent | |
| Zhou et al. | Eco-friendly hierarchical porous palygorskite/wood fiber aerogels with smart indoor humidity control | |
| CN110451877B (zh) | 一种建筑垃圾砼-砖混合自修复混凝土及其制备方法 | |
| CN109621903B (zh) | 一种制备污泥基炭沸石功能材料的方法 | |
| CN111229157A (zh) | 一种无机聚合物改性膨润土吸附材料的制备方法 | |
| CN107188506A (zh) | 一种电解锰渣砖及其制备工艺 | |
| CN114042436A (zh) | 一种成型MOFs材料及其制备方法与应用 | |
| CN110922133A (zh) | 一种废弃陶瓷植草砖及其制备方法 | |
| Wang et al. | Preparation of sustainable non-combustion filler substrate from waterworks sludge/aluminum slag/gypsum/silica/maifan stone for phosphorus immobilization in constructed wetlands | |
| CN114213140A (zh) | 用于磷吸附的煤矸石基陶粒及其制备方法和水处理设备 | |
| CN108584974B (zh) | 以贝壳和建筑废料为原料的人工沸石及其制备方法 | |
| Jia et al. | Study on the adsorption performance of multi-base composite magnesia cementitious material microfiltration membrane for different heavy metal ions | |
| CN114405458A (zh) | 凹凸棒土/水泥多孔复合吸附材料及其制备方法和应用 | |
| CN113912370B (zh) | 一种钢渣砖的制备方法 | |
| CN115557735A (zh) | 一种多孔飞灰基地聚合物及其制备方法与应用 | |
| CN115521123A (zh) | 一种固化二氧化碳的方法 | |
| CN114315250A (zh) | 一种碱激发材料制备自支撑水处理膜的方法 | |
| CN114956698A (zh) | 一种新型碳化再生压制砖的制备方法 | |
| CN112441661A (zh) | 一种用于水处理的高分子复合载体及其制备方法和应用 | |
| CN113636796A (zh) | 一种基于石墨炔的城市生活垃圾焚烧飞灰重金属固化材料及制备方法 | |
| He et al. | Development of an activated carbon‐geopolymer composite for treatment of Pb (II) polluted water and soil |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |