磁性硅藻土吸附劑及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種磁性硅藻土吸附劑及其制備方法與應(yīng) 用。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)化程度的不斷提高，特別是電子行業(yè)的發(fā)展，如印刷 電路何電鍍等技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致產(chǎn)生大量的富含銅廢水，如印刷電路板蝕刻廢水、電鍍廢水 等，其含銅廢水中銅含量一般高達(dá)〇. l-35g/L，大大超過污水排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8978-1996)，如 果直接排放，會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。更有甚者該富含銅廢水或者凈化處理不符合標(biāo)準(zhǔn)的廢水直 接排入江河，導(dǎo)致飲用水源被污染，這樣對(duì)人們生活用水造成了污染，對(duì)人們的健康造成了 危害。
[0003] 因此，如何處理凈化含銅離子廢水以及含有銅離子的飲用水源水成為必須解決的 問題。目前常用的處理凈化銅水處理方法一般是采用化學(xué)沉積方法，如在印制電路板含銅 廢水中，分水過程中有一路廢水主要以含絡(luò)合態(tài)銅的形式存在，含絡(luò)合銅廢水一般采用硫 化物沉淀法進(jìn)行處理，通過向含銅廢水中加入能與銅離子生成穩(wěn)定的硫化銅沉淀的可溶性 硫化物來沉淀含銅廢水中的銅離子。然而，使用該方法處理產(chǎn)生的硫化銅沉淀顆粒小，沉淀 效果差，通常懸浮于水體中，最終會(huì)導(dǎo)致廢水排放銅離子超標(biāo)，處理效果較差。而且工藝難 控制，成本高。
[0004] 而采用吸附劑進(jìn)行凈化處理廢水如含銅離子廢水相對(duì)而言不需要特別的工藝以 及條件，其中，常規(guī)的硅藻土是被用于吸附劑的常用的材料。
[0005] 硅藻土是海洋或湖泊中生長(zhǎng)的硅藻類的殘骸在水底沉積，經(jīng)自然環(huán)境作用而逐漸 形成的一種非金屬礦物，硅藻土吸附劑，屬于環(huán)境保護(hù)新興材料領(lǐng)域，。硅藻土的顏色分為 白色、灰白色、灰色和淺灰褐色等。硅藻土微觀結(jié)構(gòu)中含有圓盤狀，篩管狀和篩板狀等形狀 的微孔層狀結(jié)構(gòu)，這種特殊的層狀結(jié)構(gòu)具有微孔密集，堆積密度小，具有較大的比表面積的 特點(diǎn)，從而使硅藻土具有強(qiáng)吸附性能。但是硅藻土作為吸附劑難以處理含銅的廢水和飲用 水源中低濃度的銅，在處理時(shí)吸附率低且回收比較困難。因此，如何開發(fā)出一種能有效吸附 銅離子而且能有效實(shí)現(xiàn)吸附劑與水固液分離的吸附劑是一技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種磁性硅藻土吸附劑及其制 備方法與應(yīng)用，以解決硅藻土處理含銅廢水和水源水存在的吸附能力不足和分離困難等的 技術(shù)問題。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] -種磁性娃藻土吸附劑，包括作為核體的娃藻土和包覆在娃藻土表面的四氧化三 鐵殼體層。
[0009] 以及，一種磁性硅藻土吸附劑制備方法，包括如下步驟：
[0010] 將硅藻土分散至含有鐵鹽和亞鐵鹽的混合物溶液中，形成含硅藻土的混合溶液；
[0011] 將所述含硅藻土的混合溶液pH調(diào)節(jié)至7-9使鐵鹽和亞鐵鹽反應(yīng)生成四氧化三 鐵；
[0012] 將生成有四氧化三鐵的反應(yīng)液進(jìn)行老化處理后進(jìn)行固液分離、洗滌、真空干燥、破 碎處理。
[0013] 以及，本發(fā)明磁性硅藻土吸附劑或如本發(fā)明磁性硅藻土吸附劑制備方法制備的磁 性硅藻土吸附劑在含銅廢水或飲用水源水的凈化處理中的應(yīng)用。
[0014] 本發(fā)明磁性硅藻土吸附劑采用四氧化三鐵作為包覆層，對(duì)硅藻土進(jìn)行改性，使得 本發(fā)明磁性硅藻土吸附劑具有大的比表面積特性的基礎(chǔ)上，還具有優(yōu)異的磁性。因此，本發(fā) 明磁性硅藻土吸附劑在具有優(yōu)異吸附性能的基礎(chǔ)上，具有優(yōu)異的吸附銅離子的能力。另 外，該本發(fā)明磁性硅藻土吸附劑結(jié)構(gòu)為核殼包覆結(jié)構(gòu)，因此，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從而保證了其吸 附性能和磁性等性能的穩(wěn)定性。
[0015] 本發(fā)明磁性硅藻土吸附劑制備方法采用沉積法直接在硅藻土表面沉積生長(zhǎng)四氧 化三鐵殼體層，使得制備的磁性硅藻土吸附劑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。與此同時(shí)，沉積生長(zhǎng)的四氧化三鐵 殼體層對(duì)硅藻土進(jìn)行包覆改性，從而使制備的磁性硅藻土吸附劑具有大的比表面積特性和 優(yōu)異的磁性，從而賦予磁性硅藻土吸附劑優(yōu)異的吸附性能和磁性。另外，本發(fā)明磁性硅藻土 吸附劑制備方法工藝條件易控制，原料易獲得，因此，制備的磁性硅藻土吸附劑性能穩(wěn)定， 成本低。
[0016] 由于本發(fā)明磁性硅藻土吸附劑具有如上述優(yōu)異的吸附性能和磁性，因此，本發(fā)明 磁性硅藻土吸附劑能夠有效用于廢水或飲用水源水尤其是含銅廢水或含微量銅的飲用水 源水的凈化處理，并實(shí)現(xiàn)對(duì)銅離子的有效吸附，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水或飲用水源水的有效凈化，同時(shí) 能夠在外加磁場(chǎng)作用下獲得優(yōu)異的固液分離效果，從而克服現(xiàn)有硅藻土處理廢水后的固液 分離困難的技術(shù)問題。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合 實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本 發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0018] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種比表面積大，具有磁性的硅藻土吸附劑。該磁性硅藻土吸 附劑為核殼結(jié)構(gòu)，其核體為硅藻土，殼體為四氧化三鐵（Fe3O4)，也即是四氧化三鐵包覆硅藻 土。這樣，該磁性硅藻土吸附劑采用四氧化三鐵作為包覆層，對(duì)硅藻土進(jìn)行改性，使得本發(fā) 明磁性硅藻土吸附劑具有大的比表面積和優(yōu)異的磁性。因此，本發(fā)明磁性硅藻土吸附劑的 結(jié)構(gòu)在具有優(yōu)異吸附性能尤其是對(duì)銅離子優(yōu)異的吸附性能。另外，該磁性硅藻土吸附劑為 核殼包覆結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從而保證了其吸附性能和磁性等性能的穩(wěn)定性。
[0019] 為了提高上述磁性硅藻土吸附劑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和提高其磁性性能，在一實(shí)施例 中，該磁性硅藻土吸附劑中硅藻土與四氧化三鐵的重量控制比為0. 48-0. 68。通過對(duì)四氧化 三鐵殼層或與硅藻土的量能有效控制并優(yōu)化該磁性硅藻土吸附劑的比表面積和磁性，從而 提高其吸附性能和磁性性能。
[0020] 在另一實(shí)施例中，上述實(shí)施例磁性硅藻土吸附劑的顆粒粒徑為200-250。因此，上 述各實(shí)施例中磁性硅藻土吸附劑比表面大，磁性高，因此具有優(yōu)異的吸附性能尤其是對(duì)銅 離子的吸附性能，而且其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
[0021] 相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種磁性硅藻土吸附劑制備方法，包括如下步驟：
[0022] 醫(yī)用金屬基體材料選擇范圍寬，生物活性高的在醫(yī)用金屬植入體材料表面形成復(fù) 合陶瓷膜層的方法，其包括如下步驟：
[0023] 步驟SOl :將硅藻土分散至含有鐵鹽和亞鐵鹽的混合物溶液中，形成含硅藻土混 合溶液；
[0024] 步驟S02 :將步驟SOl中配制的所述含硅藻土混合溶液pH調(diào)節(jié)至7-9使鐵鹽和亞 鐵鹽反應(yīng)生成四氧化三鐵；
[0025] 步驟S03 :將步驟S02中生成有四氧化三鐵的反應(yīng)液進(jìn)行老化處理后進(jìn)行固液分 離、洗滌、真空干燥、破碎處理。
[0026] 具體地，上述步驟SOl中，鐵鹽和亞鐵鹽的添加量可以按照制備四氧化三鐵的 鐵離子和亞鐵離子的反應(yīng)摩爾比進(jìn)行配制。在一實(shí)施例中，鐵鹽與亞鐵鹽的摩爾比為 1:1-1. 4:1，在一具體實(shí)施例中，鐵鹽與亞鐵鹽的摩爾比約為1. 2:1。在另一具體實(shí)施例中， 該鐵鹽選自FeCl3 · 6H20。在又一實(shí)施例中，該亞鐵鹽選自FeCl2 · 4H20、FeSO4 · 7H20中的至 少一種。因此，在進(jìn)一步實(shí)施例中，該FeCl3 ·6Η20與FeCl2 ·4Η20的摩爾比為（1~1. 2) : 1。
[0027] 通過對(duì)上述步驟SOl中的亞鐵鹽和鐵鹽種類以及兩者的比例控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)步驟 S02四氧化三鐵晶體微結(jié)構(gòu)的控制，以使其具有高磁性性能和大的比表面積，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物磁 性硅藻土吸附劑吸附能力的提高尤其是對(duì)銅離子吸附能力的提高。
[0028] 該步驟SOl中，硅藻土分散至含有鐵鹽和亞鐵鹽的混合物溶液，使得硅藻土充分 與鐵鹽和亞鐵鹽接觸并吸附，以便于上述步驟S02鐵鹽與亞鐵鹽反應(yīng)的產(chǎn)物四氧化三鐵能 夠在硅藻土變成沉積。為了控制沉積在硅藻土表面的四氧化三鐵的量，在一實(shí)施例中，所述 硅藻土與所述鐵鹽和亞鐵鹽的總重量比為1:1-1. 5:1。對(duì)該硅藻土添加比例的控制，間接實(shí) 現(xiàn)對(duì)產(chǎn)物磁性娃藻土吸附劑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、吸附能力和磁性性能的控制，以提高磁性娃藻土 吸附劑和磁性性能。
[0029] 在另一實(shí)施例中，該硅藻土粒徑為250-300。
[0030] 在一實(shí)施例中，混合物溶液的溶劑可以是水，優(yōu)選為蒸餾水、去離子水等。在另一 實(shí)施例中，該混合物溶液的重量濃度控制為0. 047-0. 094 (g/mL)。通過對(duì)混合溶液濃度的控 制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)上述步驟S02四氧化三鐵生產(chǎn)速率以及微晶結(jié)構(gòu)的控制，以提高最終產(chǎn)物磁 性硅藻土吸附劑吸附性能和磁性。
[0031] 上述步驟S02,當(dāng)將含硅藻土混合溶液的pH調(diào)節(jié)至7-9范圍時(shí)，鐵鹽和亞鐵鹽 在-OH作用下生存四氧化三鐵沉淀，且使得該沉淀沉淀并吸附在硅藻土表面。該鐵鹽和亞 鐵鹽在-OH作用下的化學(xué)反應(yīng)式如下：
[0032] Fe2++2Fe3++80!T-Fe 304 丨 +4H 20 -----(1)。
[0033] 另外，將含硅藻土混合溶液的pH調(diào)節(jié)至7-9除了使得鐵鹽和亞鐵鹽反應(yīng)之外，還 通過調(diào)節(jié)PH實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)物四氧化三鐵沉積生成的微晶結(jié)構(gòu)的控制，以使得生成的四氧化三 鐵的微晶結(jié)構(gòu)具有更高的磁性和吸附性能尤其是對(duì)銅離子的吸附性能。
[0034] 在進(jìn)一步實(shí)施例中，控制和調(diào)節(jié)含硅藻土混合溶液的pH用氨水、NaOH，將混合液 的pH調(diào)節(jié)至7-9。在一具體實(shí)施例中，該氨水為25 %的濃氨水稀釋4-10倍的氨水溶液。
[0035] 在一實(shí)施例中，該步驟S02中的鐵鹽和亞鐵鹽反應(yīng)生成四氧化三鐵的過程中，所 述混合物溶液的溫度為40-60°C。也即是對(duì)上述化學(xué)反應(yīng)式（1)溫度的控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)物 四氧化三鐵沉積生成的微晶結(jié)構(gòu)的控制，以使得生成的四氧化