CN114832794B - 一种吸附过滤材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及含油废水处理领域，尤其涉及一种新型吸附过滤材料及其制备方法和应用，该新型吸附过滤材料创造性地以耐高温多孔材料为载体，将聚丙烯腈碳骨架熔铸在耐高温多孔材料自身内部的孔道和微孔中，不仅使聚丙烯腈碳骨架获得了优良的载体，耐高温多孔材料的微孔还能降低含油废水处理后的含油量，从而进一步提高除油效果。该新型吸附过滤材料结构稳定，并且对于含油废水中的油性物质具有选择吸附性和突出的吸油能力，能对含油废水进行深度处理，将含油废水中的含油量降低至2mg/L以下，除油有效期也优于常规材料，在含油废水处理领域具有广阔的应用前景。

Description

一种吸附过滤材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及含油废水处理技术领域，尤其涉及一种新型吸附过滤材料及其制备方法。
背景技术
含油废水的来源非常广泛。除了石油开采及加工工业排出大量含油废水外，还有固体燃料热加工、纺织工业中的洗毛废水、轻工业中的制革废水、铁路及交通运输业、屠宰及食品加工以及机械工业中车削工艺中的乳化液等，即使在一般的生活污水中，油类和油脂也能占到总有机质的10％以上。这些含油废水不仅对环境具有很强的破坏性，还能在土壤或水体表面形成油膜，阻止氧气进入，从而土壤和水中生物的生活状态。
对于含油废水的处理，吸附过滤是适用范围最广的含油废水的处理方式，通过吸附材料的吸附作用将废水中的油性物质固定后排放，但是传统的吸附材料的吸附性能较差，总体吸附量小，并且还会吸附含油废水中的其他有机物。吸附过滤材料吸附有效期短，处理后的含油量依旧很高的技术问题一直无法得到很好的解决，随着环保的要求不断提高，现有的吸附过滤材料越来越不能满足除油废水的处理要求。
发明内容
针对现有技术中用于除油的吸附过滤材料存在的吸附性能有限，并且会吸附含油废水中的其他杂质，导致最终的除油效果差的技术问题，本发明提供一种新型吸附过滤材料及其制备方法，该新型吸附过滤材料对含油废水中的油性物质具有选择吸附性，能对含油废水进行深度处理，将处理后的含油废水中的含油量降低至2mg/L以下，并且有效期明显优于常规材料。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一方面，本发明实施例提供了一种新型吸附过滤材料，该新型吸附过滤材料以耐高温多孔材料为载体，在耐高温多孔材料的内部孔隙中熔铸有聚丙烯腈碳骨架。
聚丙烯腈碳骨架因自身结构不稳定等原因难以直接用于除油的碳骨架。相对于现有技术，本发明提供的新型吸附过滤材料创造性地以耐高温多孔材料为载体，将聚丙烯腈碳骨架熔铸在耐高温多孔材料自身内部的孔道和微孔中，不仅使聚丙烯腈碳骨架获得了优良的载体，耐高温多孔材料中的微孔还能降低含油废水处理后的含油量，从而进一步提高除油效果。该新型吸附过滤材料结构稳定，并且对油污具有突出的选择吸附性，能对含油废水实现深度处理，将含油废水中的含油量降低至2mg/L以下。
优选地，耐高温多孔材料为在800℃下不发生物理和化学变化的多孔材料，具体为在800℃下不发生物理和化学变化的天然沸石、人造沸石和多孔陶瓷中的一种。
优选地，耐高温多孔材料的粒径为18～25mm。
另一方面，本发明实施例还提供了上述新型吸附过滤材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
S1：将聚丙烯腈溶于溶剂制成聚丙烯腈溶液，取耐高温多孔材料在聚丙烯腈溶液中充分浸泡后取出，得到前驱体；
S2：将S1所得前驱体在保护氛围中，以恒定的加热速度加热至煅烧温度，恒温煅烧即得该新型吸附过滤材料。
本发明所提供的新型吸附过滤材料的制备方法，首先采用浸泡的方式，使聚丙烯腈饱和溶液最大限度地填充在耐高温多孔材料的内部孔道和微孔中，然后通过恒速升温的方式，逐渐将分散在耐高温多孔材料中的聚丙烯腈溶液中的溶剂蒸发，并促使聚丙烯腈在耐高温多孔材料的内部孔道和微孔中固定，最后再通过煅烧，将固定后的聚丙烯腈转化成聚丙烯腈碳骨架，得到最终的新型吸附过滤材料，整个制备工艺流程简单，安全易操作，并且制得的新型吸附过滤材料结构稳定，除油效果和除油有效周期均比较突出。
优选地，S1中的溶剂为二甲基乙酰胺、甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮，进一步优选的溶剂为二甲基乙酰胺。
聚丙烯腈在二甲基乙酰胺、甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的溶解度优于其他溶剂，可以提高聚丙烯腈在耐高温多孔材料的孔道中的填充质量，从而进一步提高新型吸附过滤材料的除油性能，其中最优的溶剂为二甲基乙酰胺。
优选地，S1中耐高温多孔材料达到充分浸泡可以通过聚丙烯腈饱和溶液的液面变化来判断：将耐高温多孔材料完全浸入聚丙烯腈溶液后，当液面停止降量后即可视为充分浸泡。
优选地，S2中保护氛围为氮气保护气氛或稀有气体保护气氛。
优选地，S2中升温速度为8～12℃/min。
8～12℃/min的升温速度不仅可以使填充在耐高温多孔材料中的聚丙烯腈溶液的溶剂缓慢脱离，还能保护材料的内部结构，避免脱离过程中对耐高温多孔材料的内部结构造成破坏。
优选地，S3中煅烧温度为780～800℃。
本发明实施例还提供上述新型吸附过滤材料和采用上述新型吸附过滤材料的制备方法制备得到的新型吸附过滤材料在处理含油废水中的应用。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种深度除油的新型吸附过滤材料，该新型吸附过滤材料以在800℃下不发生物理和化学变化的天然沸石为载体，在天然沸石孔隙中熔铸有聚丙烯腈碳骨架。
该新型吸附过滤材料的制备方法具体包括以下步骤：
S1：以二甲基乙酰胺为溶剂，配制聚丙烯腈质量浓度为16～18％的二甲基乙酰胺溶液，取20L置于反应釜中，加入10L粒径18～25mm的天然沸石在40℃的条件下进行浸泡，每隔2min检测一次液位，当10min内溶液液位下降≤0.5mm，说明天然沸石已充分浸泡，取出并在筛网上静置5min；
S2：静置后的天然沸石在氮气保护氛围中，以10℃/min的升温速度升温至800℃，恒温煅烧2h使天然沸石孔道中的聚丙烯腈转化为碳骨架后自然冷却，即得该新型吸附过滤材料。
实施例2
本实施例提供一种深度除油的新型吸附过滤材料，该新型吸附过滤材料以在800℃下不发生物理和化学变化的天然沸石为载体，在天然沸石孔隙中熔铸有聚丙烯腈碳骨架。
该新型吸附过滤材料的制备方法具体包括以下步骤：
S1：以二甲基乙酰胺为溶剂，配制聚丙烯腈质量浓度为16～18％的二甲基乙酰胺溶液，取20L置于反应釜中，加入10L粒径18～25mm的天然沸石在40℃的条件下进行浸泡，每隔2min检测一次液位，当10min内溶液液位下降≤0.5mm，说明天然沸石已充分浸泡，取出并在筛网上静置5min；
S2：静置后的天然沸石在氮气保护氛围中，以8℃/min的升温速度升温至795℃，恒温煅烧3h使天然沸石孔道中的聚丙烯腈转化为碳骨架后自然冷却，即得该新型吸附过滤材料。
实施例3
本实施例提供一种深度除油的新型吸附过滤材料，该新型吸附过滤材料以在800℃下不发生物理和化学变化的天然沸石为载体，在天然沸石孔隙中熔铸有聚丙烯腈碳骨架。
该新型吸附过滤材料的制备方法具体包括以下步骤：
S1：以二甲基乙酰胺为溶剂，配制聚丙烯腈质量浓度为16～18％的二甲基乙酰胺溶液，取20L置于反应釜中，加入10L粒径18～25mm的天然沸石在40℃的条件下进行浸泡，每隔2min检测一次液位，当10min内溶液液位下降≤0.5mm，说明天然沸石已充分浸泡，取出并在筛网上静置5min；
S2：静置后的天然沸石在氮气保护氛围中，以8℃/min的升温速度升温至785℃，恒温煅烧2h使天然沸石孔道中的聚丙烯腈转化为碳骨架后自然冷却，即得该新型吸附过滤材料。
实施例4
本实施例提供一种深度除油的新型吸附过滤材料，该新型吸附过滤材料以在800℃下不发生物理和化学变化的人造沸石为载体，在人造沸石孔隙中熔铸有聚丙烯腈碳骨架。
该新型吸附过滤材料的制备方法具体包括以下步骤：
S1：以二甲基乙酰胺为溶剂，配制聚丙烯腈质量浓度为16～18％的甲基甲酰胺溶液，取20L置于反应釜中，加入10L粒径18～25mm的人造沸石在40℃的条件下进行浸泡，每隔2min检测一次液位，当10min内溶液液位下降≤0.5mm，说明人造沸石已充分浸泡，取出并在筛网上静置5min；
S2：静置后的天然沸石在氮气保护氛围中，以10℃/min的升温速度升温至800℃，恒温煅烧2h使人造沸石孔道中的聚丙烯腈转化为碳骨架后自然冷却，即得该新型吸附过滤材料。
实施例5
本实施例提供一种深度除油的新型吸附过滤材料，该新型吸附过滤材料以在800℃下不发生物理和化学变化的人造沸石为载体，在人造沸石孔隙中熔铸有聚丙烯腈碳骨架。
该新型吸附过滤材料的制备方法具体包括以下步骤：
S1：以二甲基乙酰胺为溶剂，配制聚丙烯腈质量浓度为16～18％的甲基甲酰胺溶液，取20L置于反应釜中，加入10L粒径18～25mm的人造沸石在40℃的条件下进行浸泡，每隔2min检测一次液位，当10min内溶液液位下降≤0.5mm，说明人造沸石已充分浸泡，取出并在筛网上静置5min；
S2：静置后的天然沸石在氮气保护氛围中，以8℃/min的升温速度升温至795℃，恒温煅烧3h使天然沸石孔道中的聚丙烯腈转化为碳骨架后自然冷却，即得该新型吸附过滤材料。
实施例6
本实施例提供一种深度除油的新型吸附过滤材料，该新型吸附过滤材料以在800℃下不发生物理和化学变化的人造沸石为载体，在人造沸石孔隙中熔铸有聚丙烯腈碳骨架。
该新型吸附过滤材料的制备方法具体包括以下步骤：
S1：以二甲基乙酰胺为溶剂，配制聚丙烯腈质量浓度为16～18％的二甲基乙酰胺溶液，取20L置于反应釜中，加入10L粒径18～25mm的人造沸石在40℃的条件下进行浸泡，每隔2min检测一次液位，当10min内溶液液位下降≤0.5mm，说明人造沸石已充分浸泡，取出并在筛网上静置5min；
S2：静置后的人造沸石在氮气保护氛围中，以8℃/min的升温速度升温至785℃，恒温煅烧2h使人造沸石孔道中的聚丙烯腈转化为碳骨架后自然冷却，即得该新型吸附过滤材料。
实施例7
本实施例提供一种深度除油的新型吸附过滤材料，该新型吸附过滤材料以在800℃下不发生物理和化学变化的多孔陶瓷为载体，在多孔陶瓷孔隙中熔铸有聚丙烯腈碳骨架。
该新型吸附过滤材料的制备方法具体包括以下步骤：
S1：以二甲基乙酰胺为溶剂，配制聚丙烯腈质量浓度为16～18％的N-甲基吡咯烷酮溶液，取20L置于反应釜中，加入10L粒径18～25mm的多孔陶瓷在40℃的条件下进行浸泡，每隔2min检测一次液位，当10min内溶液液位下降≤0.5mm，说明多孔陶瓷已充分浸泡，取出并在筛网上静置5min；
S2：静置后的多孔陶瓷在氮气保护氛围中，以10℃/min的升温速度升温至800℃，恒温煅烧2h使多孔陶瓷孔道中的聚丙烯腈转化为碳骨架后自然冷却，即得该新型吸附过滤材料。
实施例8
本实施例提供一种深度除油的新型吸附过滤材料，该新型吸附过滤材料以在800℃下不发生物理和化学变化的多孔陶瓷为载体，在多孔陶瓷孔隙中熔铸有聚丙烯腈碳骨架。
该新型吸附过滤材料的制备方法具体包括以下步骤：
S1：以二甲基乙酰胺为溶剂，配制聚丙烯腈质量浓度为16～18％的二甲基乙酰胺溶液，取20L置于反应釜中，加入10L粒径18～25mm的多孔陶瓷在40℃的条件下进行浸泡，每隔2min检测一次液位，当10min内溶液液位下降≤0.5mm，说明多孔陶瓷已充分浸泡，取出并在筛网上静置5min；
S2：静置后的多孔陶瓷在氮气保护氛围中，以8℃/min的升温速度升温至795℃，恒温煅烧3h使多孔陶瓷孔道中的聚丙烯腈转化为碳骨架后自然冷却，即得该新型吸附过滤材料。
实施例9
本实施例提供一种深度除油的新型吸附过滤材料，该新型吸附过滤材料以在800℃下不发生物理和化学变化的多孔陶瓷为载体，在多孔陶瓷孔隙中熔铸有聚丙烯腈碳骨架。
该新型吸附过滤材料的制备方法具体包括以下步骤：
S1：以二甲基乙酰胺为溶剂，配制聚丙烯腈质量浓度为16～18％的二甲基乙酰胺溶液，取20L置于反应釜中，加入10L粒径18～25mm的多孔陶瓷在40℃的条件下进行浸泡，每隔2min检测一次液位，当10min内溶液液位下降≤0.5mm，说明多孔陶瓷已充分浸泡，取出并在筛网上静置5min；
S2：静置后的多孔陶瓷在氮气保护氛围中，以8℃/min的升温速度升温至785℃，恒温煅烧2h使多孔陶瓷孔道中的聚丙烯腈转化为碳骨架后自然冷却，即得该新型吸附过滤材料。
检测例：
对实施例1～9所制得的吸附过滤材料的除油性能进行检测，具体检测方案为：
(1)取12个直径800mm，高1600mm的固定床，命名为1～12号固定床，其中1～3号固定床中分别装填实施例1～3所制得的新型吸附过滤材料，4号固定床装填普通的未熔铸聚丙烯腈碳骨架的天然沸石；5～7号固定床分别填充实施例4～6所制得的吸附过滤材料，8号固定床装填普通的未熔铸聚丙烯腈碳骨架的人造沸石；9～11号固定床中分别装填实施例7～9所制得的新型吸附过滤材料，12号固定床装填普通的未熔铸聚丙烯腈碳骨架的多孔陶瓷，每个固定床的装填高度均为1000mm；
(2)将1～12号固定床分别接入来源相同的含油量50±2mg/L的含油废水处理系统中，在空床流速4m/h的条件下对含油废水进行处理，每隔12h取样检测固定床出口处废水的含油量，结果如表1～3所示：
表1
表2
表3
从检测结果中可以看出：本发明提供的新型吸附过滤材料对含油量50mg/L的含油废水处理后，12h内能将废水中的含油量降低至2mg/L以下，并且在72h内能保证出水口含油量≤5mg/L，不仅是吸油量，还是除油效果和除油有效期上均优于未经处理的常规材料。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种吸附过滤材料，其特征在于，所述吸附过滤材料以耐高温多孔材料为载体，在所述耐高温多孔材料的内部孔隙中熔铸有聚丙烯腈碳骨架；
其中，所述耐高温多孔材料为在800℃下不发生物理和化学变化的多孔材料。
2.如权利要求1所述的吸附过滤材料，其特征在于，所述耐高温多孔材料的粒径为18~25mm。
3.权利要求1~2任一项所述的吸附过滤材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：将聚丙烯腈溶于溶剂制成聚丙烯腈溶液，将耐高温多孔材料在所述聚丙烯腈溶液中充分浸泡后取出，得到前驱体；
S2：将所述前驱体在保护氛围中，以恒定加热速度加热至煅烧温度，恒温煅烧即得所述吸附过滤材料。
4.如权利要求3所述的吸附过滤材料的制备方法，其特征在于，S1所述溶剂为二甲基乙酰胺，甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮。
5.如权利要求4所述的吸附过滤材料的制备方法，其特征在于，S1所述溶剂为二甲基乙酰胺。
6.如权利要求3所述的吸附过滤材料的制备方法，其特征在于，S2所述保护氛围为氮气保护气氛或稀有气体保护气氛。
7.如权利要求3所述的吸附过滤材料的制备方法，其特征在于，S2所述升温速度为8~12℃/min。
8.如权利要求3所述的吸附过滤材料的制备方法，其特征在于，S2所述煅烧温度为780~800℃，煅烧时间为2~3h。
9.权利要求1~2任一项所述的吸附过滤材料或由权利要求3~8任一项所述的制备方法制得的吸附过滤材料在处理含油废水中的应用。
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