CN116196884A - 一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料及其制备方法与应用，属于固废资源回收及污水处理技术领域，该方法包括以下步骤：(1)将MnOx和脱碱赤泥与水混合制得矿浆，然后在水浴条件下搅拌，再经过滤后，收集滤渣和滤液；(2)将所述滤渣重复进行水浸并过滤，直至水浸后的滤液pH值和重金属含量合格，然后将水浸后的滤渣烘干至恒重，再经研磨、造粒，得到所述锰活化赤泥催化氧化吸附材料。本发明同时公开了上述方法在处理锑污染水体及含锑废水中的应用。本发明提供的方法具有良好的环境、经济、社会效益和广泛地应用前景。

Description

一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于固废资源回收及污水处理技术领域，尤其涉及一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料及其制备方法与应用。
背景技术
中国是氧化铝生产大国，也是第一大进口国，每年氧化铝的产量超过100万吨，每生产1吨氧化铝会伴随0.7-2t。赤泥又称为“红泥”，是氧化铝冶炼工业生产过程中产生的废弃物，其PH值约为12，主要元素为Fe、Si、Ga、Al、Na、K等，另外还含有少量的稀土元素及微量氟化物，拜耳赤泥中通常含有6.8-71.9％的氧化铁、2.12％-33.1％的氧化铝和0.1-12.4％的氧化钠。我国因生产氧化铝所排放的赤泥高达1亿t/a，全球的赤泥年产量预计已经超过1.5亿t。赤泥的堆存不仅造成大量的土地被占用，存在于赤泥中的强碱还会向地下渗透，造成土壤碱化及地下水污染等。由于赤泥具有强碱性，成分和性质复杂，其中含有大量氧化铁呈红色，且比表面积大、分散性好等多孔材料特性，具有良好的吸附性能，其中铁铝氧化物的表面活性位点可与重金属结合，可减少重金属的有效性，因而在冶金、材料、环境保护领域均有应用研究。
锑是一种具有潜在毒性和致癌性的有色金属元素，在自然界中广泛存在。随着工业技术的发展，锑及其化合物在工业生产和生活中的应用空前发展。由于工业生产中锑的应用日益广泛，锑元素和含锑污染物进入环境，对生态环境和人类健康带来风险日益严重，其也成为19世纪后兴起的全球性新型污染物之一，被欧盟和美国列为优先控制污染物。中国的锑含量占到世界总锑矿储量的一半以上，产量和出口量均列为世界首位，在我国广西、湖南、云南和贵州等地矿区，锑的大量开采和冶炼导致大量的锑进入土壤和水体中，对土壤和水体造成了严重污染。锑在水体中以+3价和+5价为主，Sb(III)毒性是Sb(Ⅴ)毒性的10倍，但迁移性不及Sb(Ⅴ)。目前用于去除水体中锑离子的常用吸附剂较少，包括零价铁、镁铁矿、磁铁矿、赤铁矿二氧化钛和层状双相氢氧化物等都具有制备锑吸附材料的潜能。相比于其它吸附材料，层状双相氢氧化物尤其是层状铁基双相氢氧化物具有类似于水滑石的层状结构而被广泛用于工业废水重金属离子的处理，但是对五价锑阳离子废液，层状铁基双相氢氧化物存在吸附容量较低、环境敏感性高、材料稳定性差、固液分离难、回收率低等问题。
因此，如何充分利用赤泥，并对水体中的锑进行处理是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料及其制备方法与应用，具有良好的环境、经济、社会效益和广泛地应用前景。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将MnOx和脱碱赤泥与水混合制得矿浆，然后在水浴条件下搅拌，再经过滤后，收集滤渣和滤液；
(2)将所述滤渣重复进行水浸并过滤，直至水浸后的滤液pH值和重金属含量合格，然后将水浸后的滤渣烘干至恒重，再经研磨、造粒，得到所述锰活化赤泥催化氧化吸附材料。
有益效果：本发明利用锰激发脱碱赤泥中的Cu(II)、Mn(II)、Pb(II)、Fe(II)和Fe(III)等金属离子，进而提高界面离子强度，形成MnOx/赤泥催化体系及赤泥中的TiO2催化氧化作用产生羟基自由基，进而将其置于污水中能够促进Sb(III)氧化，同时，锰激发脱碱赤泥具有高比表面积和孔隙比，具有较强的吸附能力，催化氧化Sb(III)并吸附脱除Sb(Ⅴ)及其化合物，去除水体中的Sb。
优选的，步骤(1)中所述MnOx的制备方法包括以下步骤：
将MnCO3以5-10℃/min的升温速率在升温至300-600℃焙烧3-5h，得到所述MnOx。
有益效果：利用上述方法制备得到的MnOx能够激发脱碱赤泥中的Cu(II)、Mn(II)、Pb(II)、Fe(II)和Fe(III)等金属离子，进而提高界面离子强度。
优选的，步骤(1)中所述脱碱赤泥的制备方法包括以下步骤：
将赤泥经水洗三次，得到所述脱碱赤泥；
或，
将赤泥与脱碱剂混合后进行脱碱处理后，粉碎过筛，得到所述脱碱赤泥。
有益效果：本发明通过将赤泥中的碱脱除，能够避免其中的OH-降低锰激发脱碱赤泥对于水中锑元素的吸附能力。
优选的，所述赤泥与所述脱碱剂的质量比为(80-100)∶1；
所述脱碱剂为质量浓度15-20％的氯化镁和/或氯化钙溶液。
优选的，步骤(1)中所述矿浆中MnOx和脱碱赤泥的总质量浓度为10-30％，且其中所述MnOx和脱碱赤泥的质量比为(0.5-1.0)∶1；
优选的，步骤(1)中所述水浴温度为60-90℃，搅拌时间为30-90min。
优选的，步骤(2)中所述水浸温度为常温，时间为8-12h；
所述烘干温度为102-150℃。
优选的，步骤(2)中所述研磨为干式粉研，且研磨至粒度D100≥100目，单体解离度≥99％；
所述造粒所得球体直径为6mm-20mm。
一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料的制备方法制备得到的锰活化赤泥催化氧化吸附材料。
一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料在净化含锑废水中的应用。
优选的，所述应用为用于净化过滤装置中。
与现有技术相比，本发明公开了一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料及其制备方法与应用，本发明是将赤泥进行净化预处理，利用其物理化学特性，经锰活化后充分与污染因子接触反应，氧化吸附去除水体中锑的应用。净化后富集有价物质可利用造粒技术形成球体，放置在净化过滤装置中，可实现大规模工业应用。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将MnOx和脱碱赤泥与水混合制得矿浆，然后在水浴条件下搅拌，再经过滤后，收集滤渣和滤液；
(2)将所述滤渣重复进行水浸并过滤，直至水浸后的滤液pH值和重金属含量合格，然后将水浸后的滤渣烘干至恒重，再经研磨、造粒，得到所述锰活化赤泥催化氧化吸附材料。
进一步的，步骤(1)中MnOx的制备方法包括以下步骤：
将MnCO3以5-10℃/min的升温速率在升温至300-600℃焙烧3-5h，得到MnOx。
进一步的，步骤(1)中脱碱赤泥的制备方法包括以下步骤：
将赤泥经水洗三次，得到脱碱赤泥；
或，
将赤泥与脱碱剂混合后进行脱碱处理后，粉碎过筛，得到脱碱赤泥。
进一步的，赤泥与脱碱剂的质量比为(80-100)∶1；
脱碱剂为质量浓度15-20％的氯化镁和/或氯化钙溶液。
进一步的，步骤(1)中矿浆中MnOx和脱碱赤泥的总质量浓度为10-30％，且其中MnOx和脱碱赤泥的质量比为(0.5-1.0)∶1；
进一步的，步骤(1)中水浴温度为60-90℃，搅拌时间为30-90min。
进一步的，步骤(2)中水浸温度为常温，时间为8-12h；
烘干温度为102-150℃。
进一步的，步骤(2)中研磨为干式粉研，且研磨至粒度D100≥100目，单体解离度≥99％；
造粒所得球体直径为6-20mm。
本发明实施例还公开了一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料的制备方法制备得到的锰活化赤泥催化氧化吸附材料。
本发明实施例还公开了一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料在净化含锑废水中的应用。
进一步的，所述应用为用于净化过滤装置中。
本发明实施例中的常温均指25±2℃。
本发明实施例中的赤泥取自氧化铝厂(拜耳法)排放赤泥，其化学组成为：
Figure BDA0004146023510000061
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实施例1
一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)MnOx的制备：
将MnCO3以7℃/min的升温速率在升温至450℃焙烧4h，得到MnOx；
(2)脱碱赤泥的制备：
将赤泥与脱碱剂以质量比为90∶1混合后进行脱碱处理，然后经粉碎过筛，得到脱碱赤泥；
其中，脱碱剂为质量浓度20％的氯化镁和氯化钙溶液；
(3)称取质量比为0.8∶1的MnOx和脱碱赤泥，然后与水混合制得MnOx和脱碱赤泥的总质量浓度为20％的矿浆，再将该矿浆在75℃水浴条件下搅拌60min，搅拌完成后抽滤，收集滤渣；
(4)将步骤(3)中所得滤渣在常温下水浸10h后进行过滤，根据标准GB8978-1996检测水浸后滤液的pH以及重金属含量，若检测不合格则重复上述水浸处理过程，直至滤液检测合格；滤液检测合格后，将水浸后的滤渣在120℃烘干10h至恒重，然后经干式粉研至粒度D100≥100目，单体解离度≥99％，再将所得粉体造粒为6-20mm的球体，即为锰活化赤泥催化氧化吸附材料，并将其用于净化过滤装置中。
实施例2
一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)MnOx的制备：
将MnCO3以5℃/min的升温速率在升温至600℃焙烧3h，得到MnOx；
(2)脱碱赤泥的制备：
将赤泥利用水洗涤浸泡三次，得到脱碱赤泥；
(3)称取质量比为1∶1的MnOx和脱碱赤泥，然后与水混合制得MnOx和脱碱赤泥的总质量浓度为10％的矿浆，再将该矿浆在60℃水浴条件下搅拌90min，搅拌完成后抽滤收集滤渣；
(4)将步骤(3)中所得滤渣在常温下水浸8h后进行过滤，根据标准GB8978-1996检测水浸后滤液的pH以及重金属含量，若检测不合格则重复上述水浸处理过程，直至滤液检测合格；滤液检测合格后，将水浸后的滤渣在150℃烘干8h至恒重，然后经干式粉研至粒度D100≥100目，单体解离度≥99％，再将所得粉体造粒为6-20mm的球体，即为锰活化赤泥催化氧化吸附材料，并将其用于净化过滤装置中。
实施例3
一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)MnOx的制备：
将MnCO3以10℃/min的升温速率在升温至300℃焙烧5h，得到MnOx；
(2)脱碱赤泥的制备：
将赤泥与脱碱剂以质量比为100∶1混合后进行脱碱处理，然后经粉碎过筛，得到脱碱赤泥；
其中，脱碱剂为质量浓度15％的氯化镁溶液；
(3)称取质量比为0.5∶1的MnOx和脱碱赤泥，然后与水混合制得MnOx和脱碱赤泥的总质量浓度为30％的矿浆，再将该矿浆在90℃水浴条件下搅拌30min，搅拌完成后抽滤，收集滤渣；
(4)将步骤(3)中所得滤渣在常温下水浸12h后进行过滤，根据标准GB8978-1996检测水浸后滤液的pH以及重金属含量，若检测不合格则重复上述水浸处理过程，直至滤液检测合格；滤液检测合格后，将水浸后的滤渣在102℃烘干12h至恒重，然后经干式粉研至粒度D100≥100目，单体解离度≥99％，再将所得粉体造粒为6-20mm的球体，即为锰活化赤泥催化氧化吸附材料，并将其用于净化过滤装置中。
对比例1
一种吸附材料的制备方法，与实施例1的不同之处在于，仅使用MnOx，而不添加赤泥。
对比例2
一种吸附材料的制备方法，与实施例1的不同之处在于，仅使用脱碱赤泥，而不添加MnOx。
技术效果
将锑矿冶炼废渣以固液比1：10比例用水浸泡15天后过滤，测定滤液中锑(V)浓度为：1.72mg/L，得到含锑废水。将所得含锑废水利用以实施例1-3所得锰活化赤泥催化氧化吸附材料和对比例1-2所得吸附材料为吸附剂的过滤装置中进行吸附，然后利用Langmuir模型测定锰活化赤泥催化氧化吸附材料对锑(V)的最大吸附量，并利用原子吸收分光光度法对吸附前后各溶液的锑离子质量浓度测定，结果见表1：
表1
最大吸附量(mg/g) 锑去除率(％)
实施例1 232 99.8
实施例2 216 99.5
实施例3 225 99.1
对比例1 35 11.2
对比例2 12 5.3
由表1可以得知，本发明所得产品中氧化锰与赤泥相结合具有一定的协同作用，二者混合后，对于废水中的锑元素具有良好催化氧化能力及吸附性能，大大降低了废水中锑污染物的含量。
以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将MnOx和脱碱赤泥与水混合制得矿浆，然后在水浴条件下搅拌，再经过滤后，收集滤渣和滤液；
(2)将所述滤渣重复进行水浸并过滤，直至水浸后的滤液pH值和重金属含量合格，然后将水浸后的滤渣烘干至恒重，再经研磨、造粒，得到所述锰活化赤泥催化氧化吸附材料。
2.根据权利要求1所述的一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述MnOx的制备方法包括以下步骤：
将MnCO3以5-10℃/min的升温速率在升温至300-600℃焙烧3-5h，得到所述MnOx。
3.根据权利要求1所述的一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述脱碱赤泥的制备方法包括以下步骤：
将赤泥经水洗三次，得到所述脱碱赤泥；
或，
将赤泥与脱碱剂混合后进行脱碱处理后，粉碎过筛，得到所述脱碱赤泥。
4.根据权利要求3所述的一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料的制备方法，其特征在于，所述赤泥与所述脱碱剂的质量比为(80-100)∶1；
所述脱碱剂为质量浓度15-20％的氯化镁和/或氯化钙溶液。
5.根据权利要求1所述的一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述矿浆中MnOx和脱碱赤泥的总质量浓度为10-30％，且其中所述MnOx和脱碱赤泥的质量比为(0.5-1.0)∶1。
6.根据权利要求1所述的一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述水浴温度为60-90℃，搅拌时间为30-90min。
7.根据权利要求1所述的一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述水浸温度为常温，时间为8-12h；
所述烘干温度为102-150℃。
8.根据权利要求1所述的一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述研磨为干式粉研，且研磨至粒度D100≥100目，单体解离度≥99％；
所述造粒所得球体直径为6-20mm。
9.如权利要求1-8任一项所述的一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料的制备方法制备得到的锰活化赤泥催化氧化吸附材料。
10.如权利要求9所述的一种锰活化赤泥催化氧化吸附材料在净化含锑废水中的应用。
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