一種零價(jià)鐵陶粒及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種零價(jià)鐵陶粒及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]零價(jià)鐵來源豐富，是一種能夠同時(shí)除去多種有毒有害污染物的廉價(jià)新材料，利用其處理受污染水體被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的治理技術(shù)之一。零價(jià)鐵自身也存在缺陷，具有極易氧化、易團(tuán)聚、不穩(wěn)定等特點(diǎn)，致使反應(yīng)速率降低、保存時(shí)間短，在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。另外在使用過程中，納米零價(jià)鐵不能夠很好的分散在水體中，且分散在水中后對(duì)污染物進(jìn)行吸附，很容易和污染物一起進(jìn)入生物體內(nèi)產(chǎn)生生物毒性，嚴(yán)重危害生態(tài)系統(tǒng)。
[0003]針對(duì)其存在的缺陷，李晨樺利用膨潤(rùn)土、張環(huán)利用石墨、黎淑貞利用十六烷基三甲基溴化銨改性蒙脫石負(fù)載零價(jià)鐵，雖然增加了材料的比表面積，一定程度上減弱了納米鐵顆粒的團(tuán)聚，提高了反應(yīng)速率，但制備成本高，且天然礦物消耗量大，容易導(dǎo)致礦物資源浪費(fèi)，不能實(shí)際應(yīng)用于工程領(lǐng)域。李丼利用蔗糖、耿兵利用殼聚糖、錢惠靜利用羧甲基纖維素等有機(jī)物對(duì)零價(jià)鐵進(jìn)行改性，雖然防止了鐵顆粒團(tuán)聚，提高了分散性能，但是受到成本和二次污染等因素限制，不能廣泛應(yīng)用于水體污染處理，且本身可能導(dǎo)致更大的水污染。
[0004]而陶粒作為水處理填料得到了廣泛應(yīng)用，其主要原料是天然黏土礦物，少部分是固體廢棄物。雖然傳統(tǒng)制備陶粒的原材料低廉易得，但是存在孔隙率不高、密度大、穩(wěn)定性弱、不能循環(huán)使用或循環(huán)使用效果差等問題。
[0005]基于建筑物渣土又是地鐵建設(shè)、房屋施工等過程中排出的大量廢棄物，本身是未被污染的泥土，具有很強(qiáng)的可塑性，但處理不當(dāng)不僅會(huì)增加空氣中的顆粒粉塵，甚至影響城市形象。另外農(nóng)作物秸桿也是年產(chǎn)量大的固體廢棄物，通常采用焚燒的方法予以解決，容易導(dǎo)致空氣中PM2.5濃度增加，嚴(yán)重影響空氣質(zhì)量和人體健康。因此，利用現(xiàn)有固體廢棄物制備理想的凈水材料，提高零價(jià)鐵和陶粒的應(yīng)用性能，克服現(xiàn)有材料在水污染處理中存在的技術(shù)不足，達(dá)到以廢治廢的目的是一個(gè)具有重要意義的研宄工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是提供制備一種零價(jià)鐵陶粒，以解決現(xiàn)有零價(jià)鐵不穩(wěn)定、易團(tuán)聚和陶粒吸附力不強(qiáng)、孔隙率低、不能循環(huán)使用等問題，實(shí)現(xiàn)固體廢棄物綜合利用，以達(dá)到以廢治廢的目的。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種零價(jià)鐵陶粒的制備方法，包括下列步驟:
[0008](I)陶粒坯料的制備:
[0009]用以下重量份的原料:建筑渣土 40?80份、農(nóng)作物粉碎秸桿10?30份和氧化鐵10?30份進(jìn)行混合得到混合料，按水與固體混合料的質(zhì)量比1:0.3?0.5攪拌均勻；
[0010](2)干燥與燒結(jié)坯料:
[0011 ] 先將陶粒坯料干燥，然后將其升溫，升溫速率為2?4°C /min，接著在500?800°C下燒結(jié)30?60min ；
[0012](3)還原燒結(jié)產(chǎn)物
[0013]將上述燒結(jié)產(chǎn)物冷卻至室溫，用0.4?0.8mol/L硼氫化鈉溶液還原即得到零價(jià)鐵陶粒。
[0014]優(yōu)選的，所述陶粒坯料用以下重量份的原料制備:建筑渣土 50?70份，農(nóng)作物粉碎秸桿15?25份，氧化鐵15?25份混合，按水與固體混合料的質(zhì)量比1:0.35?0.45攪拌均勻。
[0015]優(yōu)選的，所述農(nóng)作物粉碎秸桿為稻草、油菜、玉米、小麥或豆類秸桿中的一種或兩種以上。
[0016]優(yōu)選的，步驟(2)中所述干燥為空氣吹干、氮?dú)獯蹈苫蛟诤嫦渲泻娓伞?br>[0017]優(yōu)選的，步驟(3)中所述冷卻為自然冷卻24小時(shí)。
[0018]優(yōu)選的，所述還原時(shí)間為2?4小時(shí)。
[0019]優(yōu)選的，所述氧化鐵由氫氧化鐵、四氧化三鐵或針鐵礦的任一種代替。
[0020]優(yōu)選的，所述建筑澄土包括凹凸棒土、高嶺土、膨潤(rùn)土和紅壤。
[0021]本發(fā)明還提供利用上述方法制備的零價(jià)鐵陶粒，其原料包括建筑渣土、農(nóng)作物粉碎秸桿和氧化鐵，用以下步驟制備而成:
[0022](I)陶粒坯料的制備:
[0023]用以下重量份的原料:建筑渣土 40?80份、農(nóng)作物粉碎秸桿10?30份和氧化鐵10?30份進(jìn)行混合得到混合料，按水與固體混合料的質(zhì)量比1:0.3?0.5攪拌均勻；
[0024](2)干燥與燒結(jié)坯料:
[0025]先將坯料干燥，從室溫以2?4°C /min的速度升溫，在500?800°C下燒結(jié)30?60min ；
[0026](3)還原燒結(jié)產(chǎn)物
[0027]將上述燒結(jié)產(chǎn)物冷卻至室溫，用0.4?0.8mol/L硼氫化鈉溶液還原即得到零價(jià)鐵陶粒。
[0028]本發(fā)明中，農(nóng)作物秸桿經(jīng)過碳化形成細(xì)小的活性炭顆粒分散在陶粒中，能顯著增加在水體中吸附的比表面積，并且零價(jià)鐵存在于秸桿灰的還原性環(huán)境中，能較好地保持穩(wěn)定性，從而強(qiáng)化了吸附能力；而建筑渣土是施工建設(shè)排出的大量固體廢棄物，是一種不含有污染源的粘土，表面粗糙，具有很強(qiáng)的可塑性和粘結(jié)性，作為載體材料易回收。陶粒吸附氮磷后經(jīng)洗脫再放入硼氫化鈉溶液還原，能夠繼續(xù)循環(huán)再利用。其還原方程式為:
[0029]2Fe2++BH4>3H20 — 2Fe I +Η2Β03>4Η++2Η2 ?
[0030]4Fe3++3BH4>9H20 — 4Fe I +3H2B03>12H++6H2 ?
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所取得的有益效果為:(1)以建筑渣土作為載體材料，利用農(nóng)作物秸桿經(jīng)低溫碳化形成多孔結(jié)構(gòu)，添加氧化鐵改性燒結(jié)成球狀顆粒，顆粒經(jīng)硼氫化鈉溶液還原形成零價(jià)鐵陶粒，所制得的陶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松多孔、比表面積大、強(qiáng)度適中、密度小等特點(diǎn)，同時(shí)由于在陶粒內(nèi)部存在大量具有還原能力的碳微粒，可以使形成的零價(jià)鐵陶粒保持更好的穩(wěn)定性；(2)陶粒中的鐵保持零價(jià)，在污水處理過程中水體中溶解的氧逐漸將零價(jià)鐵氧化，原位形成氫氧化亞鐵或者進(jìn)一步被氧化為氫氧化鐵的微絮體，能夠達(dá)到最大利用率，且使用后可被再次還原成零價(jià)鐵能重復(fù)使用，再生過程簡(jiǎn)單，處理污水效果好；(3)利用農(nóng)作物秸桿碳化形成活性炭顆粒負(fù)載零價(jià)鐵，使零價(jià)鐵分散均勻、性質(zhì)穩(wěn)定，能夠回收使工程應(yīng)用方便。(4) 一定程度上解決了農(nóng)作物秸桿和建筑渣土廢棄物合理處置、廢棄物資源化利用的問題，也為防治水體富營(yíng)養(yǎng)化提供了有效途徑；(5)零價(jià)鐵陶?？梢酝瑫r(shí)高效去除水體中氮磷，且吸附氮磷后陶粒經(jīng)再次經(jīng)洗脫后還原，達(dá)到循環(huán)再利用的目的；(6)陶粒吸附氮磷后依然疏松結(jié)構(gòu)具有營(yíng)養(yǎng)成分，可應(yīng)用于花丼栽培，能起到增加肥力、吸水保濕、阻隔塵土和美觀的作用。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1得到的零價(jià)鐵陶粒SEM照片。
[0033]圖2為本發(fā)明的實(shí)施例2得到的零價(jià)鐵陶粒SEM照片。
[0034]圖3為本發(fā)明的實(shí)施例3得到的零價(jià)鐵陶粒SEM照片。
[0035]圖4為本發(fā)明的實(shí)施例1?3得到的零價(jià)鐵陶粒的磷吸附效果圖。
[0036]圖5為本發(fā)明的實(shí)施例1?3得到的零價(jià)鐵陶粒的氮吸附效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體說明。
[0038]實(shí)施例1
[0039]零價(jià)鐵陶粒的制備方法包括下列步驟:(I)陶粒坯料的制備:稱取重量份建筑渣土 40份、稻草粉碎秸桿10份和氧化鐵10份進(jìn)行混合得到混合料，按水與固體混合料的重量比1:0.3攪拌均勻，其中，建筑渣土為粘結(jié)材料，秸桿經(jīng)過碳化形成多孔結(jié)構(gòu)，造粒成球后燒結(jié)，吸附氮磷后便于回收；(2)干燥與燒結(jié)坯料:先將上述陶粒坯料空氣吹干，然后將其升溫，升溫速率為2°C /min，接著在500°C下燒結(jié)30min ； (3)還原燒結(jié)產(chǎn)物:將上述燒結(jié)產(chǎn)物冷卻至室溫，最好是自然冷卻24小時(shí)，再用0.4mol/L硼氫化鈉溶液還原即得到零價(jià)鐵陶粒，還原時(shí)間最佳為2小時(shí)。其中，所述氧化鐵可以由氫氧化鐵、四氧化三鐵或針鐵礦的任一種代替