一種新型凹凸棒土的制備方法及其處理重金屬廢水的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于污水處理領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種新型凹凸棒土的制備方法及其處理重金屬廢水的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，關(guān)于凹凸棒土作為吸附劑處理工業(yè)廢水的研宄已有報(bào)道。凹凸棒土是一種具有優(yōu)異的吸附性能和一定的離子交換能力的含水富鎂硅酸鹽粘土礦物?；罨蟮陌纪拱敉翆χ亟饘匐x子有很好的吸附凈化作用，具有處理效率高，吸附成本低等特點(diǎn)。
[0003]目前，對于凹凸棒土的改性材料的制備，對凹凸棒土與重金屬離子的作用過程，特別是對Ni2+、Cu2+、Pb2+等重金屬離子的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了深入的研宄。在通常情況下，凹凸棒土作為一種粉體材料很難以分散的獨(dú)立棒狀晶體狀態(tài)存在，而是形成一定形式的晶體聚集體。因此在實(shí)際應(yīng)用中，必須對凹凸棒土進(jìn)行提純與活化處理。經(jīng)檢索，中國專利申請?zhí)?01210211133.4，申請日為2012年6月26日的專利申請文件公開了一種凹凸棒土負(fù)載納米鐵材料的制備方法，該發(fā)明以酸化改性后的凹凸棒土為負(fù)載材料，在惰性氣體保護(hù)條件下，以KBH4、NaBH4、N2H4等為還原劑，將鐵鹽或亞鐵鹽還原成零價(jià)鐵，利用凹凸棒土多孔道特點(diǎn)，使納米鐵顆粒充分分散并固定負(fù)載在凹凸棒土材料上，與未負(fù)載的納米鐵相比，該發(fā)明制備的凹凸棒土負(fù)載納米鐵材料具有更好分散性與穩(wěn)定性，粒徑分布更加均勻，但是該發(fā)明采用的還原劑KBH4、NaBH4, N2H4有毒且在遇水、潮濕、明火等環(huán)境下易爆燃，產(chǎn)生三廢多，生產(chǎn)成本高。中國專利申請?zhí)?01410097802.9，申請日為2014年3月18日的專利申請文件公開了一種凹凸棒土的活化方法，該方法具體步驟為:1)凹凸棒土的提純，將凹凸棒土研磨粉碎、篩分至2mm以下，然后將凹凸棒土與去離子水混合，攪拌、靜置、過濾和干燥；2)凹凸棒土的活化，將制得的凹凸棒土從室溫升到250°C后，通過惰性氣體隊(duì)作為載氣使水蒸氣與凹凸棒土接觸反應(yīng)，進(jìn)一步升高溫度至300?350°C，保持I?2小時(shí)后，開始降溫，并停止加入水蒸氣，待溫度降至室溫后，取出凹凸棒土，該發(fā)明用水蒸氣活化凹凸棒土，雖然活化過程中無酸洗廢水排放，但是活化后的凹凸棒土性能提高的不明顯，存在吸附容量有待提升、凹凸棒土沉降速率慢、增加了水質(zhì)的懸浮物濃度等弊端，往往需要在后續(xù)工藝中面臨添加過濾系統(tǒng)、運(yùn)行成本增加等問題。因此需要研宄一種活化凹凸棒土的方法，使得凹凸棒土的吸附容量大，沉降速度快。中國專利申請?zhí)?01310409782.X，申請日為2013年9月10日的專利申請文件公開了一種用于廢水中重金屬深度去除的復(fù)合藥劑及其制備方法，該發(fā)明中的復(fù)合藥劑由:成分A:改性凹凸棒土粉末20-30份；改性天然高分子聚合物30-50份；表面活性劑0-3份；成分B:無機(jī)絮凝劑，所述成分A與成分B的重量比為2.5-8.3:1。該發(fā)明對水中重金屬離子具有很強(qiáng)的吸附、螯合和絮凝性能，但是該發(fā)明中的復(fù)合藥劑，主要利用復(fù)合聚凝劑以及絮凝劑的吸附、螯合和絮凝作用去除水中重金屬離子，該復(fù)合藥劑的吸附能力差，后處理困難，會(huì)對環(huán)境造成二次污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]1.要解決的問題
[0005]針對現(xiàn)有的凹凸棒土改性方法存在不環(huán)保、吸附容量小、沉降速率慢、廢水處理效果差等問題，本發(fā)明提供一種新型凹凸棒土的制備方法及其處理重金屬廢水的方法，將改性凹凸棒土 /Fe3O4復(fù)合材料與高效混凝劑結(jié)合在一起使用，將兩種工藝的特點(diǎn)相結(jié)合，使得吸附飽和的改性凹凸棒土 /Fe3O4復(fù)合材料在絮凝劑PAM的作用下加速沉降，實(shí)現(xiàn)固液快速分離；同時(shí)絮凝劑在反應(yīng)過程中能吸附水中殘存的重金屬離子，進(jìn)一步提高重金屬離子的去除效率和廢水的脫色效果，降低廢水的處理成本，值得推廣。
[0006]2.技術(shù)方案
[0007]為了解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0008]一種新型凹凸棒土的制備方法，其步驟為:
[0009](a)預(yù)處理:采用水力分選提純凹凸棒土，將凹凸棒土礦粉和去離子水混合于容器中，以150?200r/min的轉(zhuǎn)速攪拌40?50min，然后靜置2?3h，棄去上層清液以及下層沙土，得到凹凸棒土的懸濁液，將懸濁液離心分離后得到的凹凸棒土置于烘箱中干燥，備用；
[0010](b)酸改性:將步驟(a)中得到的凹凸棒土分散于硫酸溶液中攪拌0.5?lh，然后冷卻至室溫，用去離子水沖洗至中性，于烘箱中烘干研磨，過篩，得到酸改性的凹凸棒土 ；
[0011](c)負(fù)載Fe3O4:在惰性氣體保護(hù)下將步驟(b)得到的酸改性的凹凸棒土加入鐵離子溶液中，以300?350r/min攪拌10?15min，使凹凸棒土飽和吸附鐵離子，然后滴加氨水溶液，氨水滴加完畢后繼續(xù)陳化20?25min，得到磁性凹凸棒土 ；
[0012](d)清洗:步驟(C)中的陳化結(jié)束后，用磁分離法將磁性凹凸棒土從懸浮液中分離出來，并用蒸餾水洗滌至中性，隨后用無水乙醇洗滌3?4次，然后將產(chǎn)品置于50?60°C的干燥箱中干燥至恒重，放入干燥器中保存，備用；
[0013](e)活化熱處理:將步驟(d)得到的磁性凹凸棒土置于反應(yīng)爐中，在惰性氣體保護(hù)下程序升溫至460°C，保溫后自然冷卻至室溫；
[0014](f)研磨:將步驟(e)中得到的磁性凹凸棒土研磨，過篩，得到磁性凹凸棒粉體。
[0015]優(yōu)選地，所述的步驟(a)中凹凸棒土礦粉與去離子水的質(zhì)量比為1:5?1:8，干燥溫度為100 °C。
[0016]優(yōu)選地，所述的步驟(b)中硫酸溶液的濃度為3-5mol/L，在70?80°C條件下恒溫?cái)嚢?；烘箱干燥溫度?00°c ;步驟(b)和步驟(f)中所述的篩的規(guī)格為200目。
[0017]優(yōu)選地，所述的步驟(C)和步驟(e)中的惰性氣體為氮?dú)猓襟E(C)中的鐵離子溶液為Fe2+和Fe 3+的飽和混合溶液，其中Fe 2+與Fe 3+的摩爾比為1: (3?5);步驟(c)中攪拌溫度為80°C。
[0018]優(yōu)選地，所述的步驟(c)中氨水的濃度為8mol/L，酸改性的凹凸棒土與鐵離子溶液、氨水溶液的質(zhì)量比為1: (3?5): (5?8)，滴加氨水時(shí)，攪拌速度調(diào)整為120?150r/min，氨水的滴加速度為I?2滴/秒，滴加氨水過程中保持溶液的pH為11?12。
[0019]優(yōu)選地，所述的步驟(e)中的升溫速度為3°C /min，保溫時(shí)間為3h。
[0020]上述的一種新型凹凸棒土處理重金屬廢水的方法，其步驟為:
[0021](I)將上述步驟(f)中得到的磁性凹凸棒粉體加入待處理的廢水中攪拌30?35min ；
[0022](2)將聚丙烯酰胺溶液加入步驟⑴中的廢水溶液中繼續(xù)攪拌15?20min ；
[0023](3)將步驟⑵中得到的溶液靜置20?30min后將上清液排出。
[0024]優(yōu)選地，所述的重金屬廢水為含Ni2+、Cu2+或Pb 2+的廢水，處理重金屬廢水的溫度為20°C，廢水的pH為6?9。
[0025]優(yōu)選地，所述步驟(I)中磁性凹凸棒粉體與廢水的質(zhì)量比為1: (180?300)。
[0026]優(yōu)選地，所述步驟(2)中磁性凹凸棒粉體與聚丙烯酰胺的用量比為1:(0.4?
1.0)，加入聚丙稀酰胺后先以350r/min的速度快速攪拌10?15min，再以150r/min的速度攪拌5?8min，其中聚丙烯酰胺溶液的質(zhì)量濃度為0.5%。
[0027]3.有益效果
[0028]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為:
[0029](I)本發(fā)明提供了一種新型凹凸棒土的制備方法及其處理重金屬廢水的方法，以凹凸棒土為原料，通過酸化、磁性納米Fe3O4、煅燒活化對凹凸棒土進(jìn)行改性，制備出新型改性凹凸棒土 /Fe3O4復(fù)合材料，聯(lián)合絮凝工藝處理含重金屬廢水，該方法能夠有效的吸附水中重金屬，通過添加絮凝劑使凹凸棒土快速從水溶液中分離，是一種新型高效便捷的重金屬廢水處理方法；
[0030](2)本發(fā)明中凹凸棒土的酸改性工藝可以削弱凹凸棒石層間的鍵力，使層狀晶格裂開，棒晶束及棒晶聚集體解聚，凹凸棒石內(nèi)部的棒晶結(jié)構(gòu)單元的分布變得更加松散和交錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)對凹凸棒石的“蓬松化”，有效比表面積由原有126mg/g增大至360?380mg/g，從而吸附性和膠體性得到增強(qiáng)；
[0031](3)本發(fā)明提供了一種新型凹凸棒土的制備方法，利用H+置換凹凸棒石層間的Mg2+、Al3+、K+、Fe2+等離子，在置換了分布于凹凸棒石內(nèi)孔道中的這些雜質(zhì)后，內(nèi)孔道得到疏通和擴(kuò)張，有利于被吸附分子的擴(kuò)散，增強(qiáng)的凹凸棒石的吸附能力；
[0032](4)本發(fā)明在凹凸棒土改性工藝的焙燒過程中需嚴(yán)格控制升溫速率在3°C /min,升溫至460°C后保溫3h，在此條件下制備的凹凸棒土具有均勻的孔隙分布結(jié)構(gòu)，更大的比表面積；
[0033](5)本發(fā)明提供了一種處理重金屬廢水的方法，將改性凹凸棒土 /Fe3O4復(fù)合材料和絮凝工藝聯(lián)合使用，選取陰離子聚丙烯酰胺(PAM)為絮凝劑，混凝攪拌先以350r/min的速度快速攪拌lOmin，再以150r/min的速度攪拌5min，靜置后排出上清液，克服了凹凸棒土難沉降，反應(yīng)速率慢的難點(diǎn)，在吸附和絮凝的協(xié)同作用下，有效的提高了反應(yīng)的處理效率，同時(shí)具有反應(yīng)速率快，操作簡便等特點(diǎn)，同時(shí)絮凝劑在反應(yīng)過程中也能進(jìn)一步吸附水中重金屬離子；
[0034](6)本發(fā)明以凹凸棒土為主要原料，通過改性凹凸棒土，增大比表面積的方式提高凹凸棒土的吸附能力，又利用磁性凹凸棒粉體的改性和絮凝劑的協(xié)同作用改善了凹凸棒土的分散性、難沉降的特點(diǎn)，并利用上述材料制備形成一種有效處理重金屬廢水的新型凹凸棒土 ;
[0035](7)本發(fā)明提供了一種處理重金屬廢水的方法，在改性凹凸棒土 /Fe3O4復(fù)合材料吸附水中重金屬離子的同時(shí)，能有效降低水中的色度，具有較好的脫色效果。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行描述。
[0037]實(shí)施例1
[0038]一種新型凹凸棒土的制備方法及其處理重金屬廢水的方法，其步驟為: