一種用于吸附半揮發(fā)性重金屬的高嶺土改性制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于吸附半揮發(fā)性重金屬的高嶺土改性制備方法，該方法包括：將十六烷基二甲基溴化銨與高嶺土在100℃～900℃下煅燒20min～120min，取出用去離子水浸泡、洗滌、過濾、干燥，得到初步活化的高嶺土。將初步活化高嶺土、膽堿、去離子水按一定比例混合，在微波條件下放入恒溫水浴打漿，而后靜置、陳化、過濾、烘干、研磨、篩選，得到活化改性高嶺土。本發(fā)明提供的改性方法可以改善優(yōu)化原生高嶺土的孔隙結(jié)構(gòu)、比表面積和化學(xué)活性，同時(shí)提高其對(duì)半揮發(fā)性重金屬的物理吸附和化學(xué)吸附能力?？捎糜诠腆w廢棄物焚燒、燃煤煙氣中鉛、鎘等半揮發(fā)性重金屬的吸附。
【專利說明】
一種用于吸附半揮發(fā)性重金屬的高嶺土改性制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及固體廢棄物(垃圾、污泥)焚燒、燃煤發(fā)電和大氣污染物控制領(lǐng)域，具體 涉及一種用于控制重金屬排放的吸附劑改性制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 半揮發(fā)性重金屬生物半衰期長(zhǎng)，在漫長(zhǎng)的地質(zhì)與生物轉(zhuǎn)換過程中，具有難降解性、 毒性、高穩(wěn)定性、可蓄積性等特征。不僅會(huì)對(duì)土壤、水體、大氣產(chǎn)生直接污染，影響人類健康， 更會(huì)透過可食用性動(dòng)植物間接對(duì)人體產(chǎn)生危害。
[0003] 以半揮發(fā)性重金屬鉛、鎘為例，我國(guó)城市生活垃圾中鉛、鎘的含量大約為49~ 1600ug/g、0~90ug/g;城市廢水污泥中的鉛、鎘含量約為1800ug/g、100ug/g;煤中的含量約 為5.28~69.7ug/g、0.04~1.2ug/g;其中城市生活垃圾焚燒和燃煤中鉛、鎘的排放濃度分 別為660~56850mg/m 3和24~1500mg/m3、164~2201mg/m3和6~25mg/m 3。由此可見，諸如垃 圾、污泥這樣的固體廢棄物燃燒和燃煤是大氣中半揮發(fā)性重金屬產(chǎn)生的重要源頭。
[0004] 目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究表明原生高嶺土對(duì)焚燒中產(chǎn)生的半揮發(fā)性重金屬有一定的 捕集能力，但捕集效率較低。也有部分學(xué)者研究表明，對(duì)高嶺土進(jìn)行煅燒、酸堿浸泡及熱活 化處理會(huì)改善其物理結(jié)構(gòu)、提高其化學(xué)活性，從而改善其吸附效率。然而，這些改性方法對(duì) 其吸附能力的提高有限，尚不能達(dá)到商業(yè)化推廣的地步。因此，尋找出一種高效的高嶺土改 性方法是當(dāng)前研究熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種用于吸附半揮發(fā)性重金屬的改性高嶺土 制備方法，通過改性提尚尚嶺土的孔隙結(jié)構(gòu)、比表面積和化學(xué)活性，從而提尚尚嶺土作為吸 附劑對(duì)半揮發(fā)性重金屬的吸附性能。
[0006] 技術(shù)方案:一種用于吸附半揮發(fā)性重金屬的高嶺土改性制備方法，包括以下步驟：
[0007] 1).將十六烷基二甲基溴化銨與原生高嶺土按質(zhì)量比為0.05~1:1混合均勻，在溫 度為 100°C ~900°C 下煅燒 20min ~120min;
[0008] 2).取出用去離子水浸泡、洗滌、過濾，然后干燥得到初步活化的高嶺土；
[0009] 3).將初步活化高嶺土與膽堿按照質(zhì)量比為1:0.1~10的比例混合，然后加入去離 子水混合，得到堿浸泡溶液；
[0010] 4).在微波條件下，50°C~80°C范圍內(nèi)恒溫水浴打漿12~24h;其中，微波頻率為 500MHz ~2500MHz，微波功率為 700w ~2000w;
[0011] 5).將漿液繼續(xù)在步驟4)的溫度和微波條件下靜置、陳化12~24h;
[0012] 6).濾去上層清液，得到下層混合物；
[0013] 7).將下層混合物依次進(jìn)行烘干、冷卻、研磨的步驟，得到改性高嶺土粉末;其中， 烘干溫度：80°C~120°C;
[0014] 8).將改性高嶺土粉末壓成餅，然后進(jìn)行研磨、篩選的步驟，制成目標(biāo)改性高嶺土 顆粒。
[0015] 有益效果:本發(fā)明具有如下的特色及優(yōu)點(diǎn)：
[0016] 1、將十六烷基二甲基溴化銨與原生高嶺土共同煅燒，十六烷基二甲基溴化銨的存 在增大了高嶺土層間距，使其形成新的層間聚集結(jié)構(gòu)，同時(shí)改變其表面集合狀態(tài)，使得結(jié)構(gòu) 更為松散。因此，優(yōu)化了傳統(tǒng)的單一物質(zhì)煅燒改性方法，從而進(jìn)一步提高高嶺土的比表面積 和孔隙結(jié)構(gòu)，得到物理結(jié)構(gòu)更為優(yōu)化的高嶺土。
[0017] 2、相比于常規(guī)水熱活化，使用微波加熱的方法，微波的選擇性加熱和能量大的特 點(diǎn)使得堿表面羥基的脫附速度和高嶺土表面羥基合成速度加快，從而促進(jìn)高嶺土與堿的反 應(yīng)，提高了高嶺土表面羥基官能團(tuán)的比例，增加其表面化學(xué)活性點(diǎn)位，得到化學(xué)活性更高的 尚嶺土。
[0018] 3、綜合煅燒、堿浸漬、微波催化活化三種方法，得到結(jié)構(gòu)更為優(yōu)化、活性更高的高 嶺土，從而提高高嶺土對(duì)半揮發(fā)性重金屬的物理吸附、化學(xué)吸附能力。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明方法流程圖；
[0020] 圖2為高溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0022]如圖1所示，一種用于吸附半揮發(fā)性重金屬的高嶺土改性制備方法，包括以下步 驟：
[0023] 1).將十六烷基二甲基溴化銨與原生高嶺土按質(zhì)量比為0.05~1:1混合均勻，在溫 度為 100°C ~900°C 下煅燒 20min ~120min;
[0024] 2).取出用3~5倍體積的去離子水浸泡、洗滌、過濾，反復(fù)5~8次，然后干燥得到初 步活化的高嶺土；
[0025] 3).將初步活化高嶺土與膽堿按照質(zhì)量比為1:0.1~10的比例混合，然后加入1~ 10倍體積的去離子水混合，得到堿浸泡溶液；
[0026] 4).在微波條件下，50 °C~80 °C范圍內(nèi)恒溫水浴打漿12~24h;其中，微波頻率為 500MHz ~2500MHz，微波功率為 700w ~2000w;
[0027] 5).將漿液繼續(xù)在步驟4)的微波和溫度條件下靜置、陳化12~24h;
[0028] 6).濾去上層清液，得到下層混合物；
[0029] 7).將下層混合物依次進(jìn)行烘干、冷卻、研磨的步驟，得到改性高嶺土粉末;其中， 烘干溫度：80°C~120°C;
[0030] 8).在IOMpa~20Mpa下將改性高嶺土粉末壓成餅，然后進(jìn)行研磨、篩選的步驟，制 成目標(biāo)改性高嶺土顆粒。
[0031] 實(shí)施例1:
[0032]用電子天平稱量20g原生高嶺土，將十六烷基二甲基溴化銨與原生高嶺土按質(zhì)量 比為0.05:1混合攪拌均勻，然后放入水平管式爐，在700 °C下煅燒90min。取出后用適量去離 子水進(jìn)行浸泡、攪拌洗滌、過濾操作，重復(fù)清洗5次后，放入溫度為90°C的烘箱干燥，得到初 步活化的高嶺土。
[0033] 稱取與初步活化高嶺土質(zhì)量比為1:6的膽堿，互相混合，然后加入10倍體積的去離 子水，得到堿浸泡溶液。將上述堿浸泡溶液置于微波條件下（微波頻率為1200MHz，功率為 I OOOw )，在70 °C的恒溫水浴中打漿18h。接著，保持上述微波和恒溫水浴條件不變，將漿液繼 續(xù)靜置、陳化16h。然后，濾去上層清液，得到下層高嶺土混合物。將下層混合物在80°C的烘 箱內(nèi)烘干，冷卻后進(jìn)行研磨，得到改性高嶺土粉末。最后，在13Mpa下將改性高嶺土粉末壓成 餅，然后進(jìn)行研磨、篩選的步驟，制得40目~60目標(biāo)活化改性高嶺土顆粒。
[0034] 對(duì)獲得的目標(biāo)活化改性高嶺土顆粒采用如下實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行吸附效率測(cè)試：
[0035] 在水平管式爐上進(jìn)行吸附劑高溫吸附重金屬氯化物(氯化鉛、氯化鎘)實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng) 主要由三部分組成，分別為供氣流量控制裝置、蒸汽發(fā)生-吸附裝置及重金屬蒸汽收集處理 裝置，裝置圖如圖2所示。實(shí)驗(yàn)中，上游重金屬源產(chǎn)生重金屬蒸汽，并由氧氣流攜帶穿透下游 的吸附劑夾層，在夾層中吸附反應(yīng)后經(jīng)過兩級(jí)稀硝酸溶液洗瓶收集。通過測(cè)量尾部洗瓶?jī)?nèi) 的重金屬含量來計(jì)算重金屬捕集率。
[0036]使用原生高嶺土與改性高嶺土在上述裝置上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩種吸附劑的吸附效率如 表1所示，由此可見，在吸附溫度為900°C條件下，改性高嶺土的吸附能力明顯優(yōu)于原生高嶺 土，其對(duì)鉛的吸附效率提高了 10.4%，對(duì)鎘的吸附效率提高了 11.9%。
[0037]表1 900°C下高嶺土與改性高嶺土對(duì)鉛、鎘蒸汽的吸附效率 [0038]
[0039] 實(shí)施例2:
[0040]用電子天平稱量20g原生高嶺土，將十六烷基二甲基溴化銨與原生高嶺土按質(zhì)量 比為0.1:1混合攪拌均勻，放入水平管式爐，在900°C下煅燒40min。取出后用4倍體積的去離 子水浸泡、攪拌洗滌、過濾，重復(fù)上述過程清洗8次后，放入溫度為90°C的烘箱干燥，得到初 步活化的高嶺土。
[0041]稱取與初步活化高嶺土質(zhì)量比為1:0.1的膽堿，互相混合，加入5倍體積的去離子 水，得到堿浸泡溶液。將上述堿浸泡溶液置于微波條件下（微波頻率為500MHz，功率為 2000w)，在50 °C的恒溫水浴中打漿24h。接著，保持上述微波和恒溫水浴條件不變，將漿液繼 續(xù)靜置、陳化24h。濾去上層清液，得到下層高嶺土混合物。將下層混合物在100°C的烘箱內(nèi) 烘干，冷卻后進(jìn)行研磨，得到改性高嶺土粉末。最后，在IOMpa下將改性高嶺土粉末壓成餅， 研磨，篩選，制得40目~60目的活化改性高嶺土顆粒。
[0042]吸附效率測(cè)試結(jié)果如下：
[0043]使用原生高嶺土與本實(shí)施例得到的改性高嶺土進(jìn)行與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)步驟， 兩種吸附劑的吸附效率如表2所示，由此可見，在吸附溫度為900°C條件下，改性高嶺土的吸 附能力明顯優(yōu)于原生高嶺土，其對(duì)鉛的吸附效率提高了25.5%，對(duì)鎘的吸附效率提高了 22.1% 〇
[0044]表2 900°C下高嶺土與改性高嶺土對(duì)鉛、鎘蒸汽的吸附效率
[0045]
[0046] 實(shí)施例3:
[0047] 用電子天平稱量20g原生高嶺土，將十六烷基二甲基溴化銨與原生高嶺土按質(zhì)量 比為1:1混合攪拌均勻，放入水平管式爐，在l〇〇°C下煅燒120min。取出后用3倍體積的去離 子水浸泡、攪拌洗滌、過濾，重復(fù)上述過程清洗5次后，放入溫度為90°C的烘箱干燥，得到初 步活化的高嶺土。
[0048]稱取與初步活化高嶺土質(zhì)量比為1:10的膽堿，互相混合，加入10倍體積的去離子 水，得到堿浸泡溶液。將上述堿浸泡溶液置于微波條件下（微波頻率為2500MHz，功率為 700w)，在80 °C的恒溫水浴中打漿12h。接著，保持上述微波和恒溫水浴條件不變，將漿液繼 續(xù)靜置、陳化12h。然后，濾去上層清液，得到下層高嶺土混合物。將下層混合物在120°C的烘 箱內(nèi)烘干，冷卻后進(jìn)行研磨，得到改性高嶺土粉末。最后，在13Mpa下將改性高嶺土粉末壓成 餅，研磨，篩選，制得40目~60目的活化改性高嶺土顆粒。
[0049]吸附效率測(cè)試結(jié)果如下：
[0050]使用原生高嶺土與本實(shí)施例得到的改性高嶺土進(jìn)行與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)步驟， 兩種吸附劑的吸附效率如表3所示，由此可見，在吸附溫度為900°C條件下，改性高嶺土的吸 附能力明顯優(yōu)于原生高嶺土，其對(duì)鉛的吸附效率提高了 7.4%，對(duì)鎘的吸附效率提高3.3%。 [0051 ]表3 900°C下高嶺土與改性高嶺土對(duì)鉛、鎘蒸汽的吸附效率
[0052]
[0053] 實(shí)施例4:
[0054]用電子天平稱量20g原生高嶺土，將十六烷基二甲基溴化銨與原生高嶺土按質(zhì)量 比為0.1:1混合攪拌均勻，然后放入水平管式爐，在700°C下煅燒90min。取出后用適量的去 離子水進(jìn)行浸泡、攪拌洗滌、過濾操作，重復(fù)清洗5次后，放入溫度為90°C的烘箱干燥，得到 初步活化的高嶺土。
[0055] 稱取與初步活化高嶺土質(zhì)量比為1:6的膽堿，互相混合，然后加入10倍體積的去離 子水，得到堿浸泡溶液。將上述堿浸泡溶液置于微波條件下（微波頻率為1200MHz，功率為 I OOOw )，在70 °C的恒溫水浴中打漿18h。接著，保持上述微波和恒溫水浴條件不變，將漿液繼 續(xù)靜置、陳化16h。然后，濾去上層清液，得到下層高嶺土混合物。將下層混合物在80°C的烘 箱內(nèi)烘干，冷卻后進(jìn)行研磨，得到改性高嶺土粉末。最后，在13Mpa下將改性高嶺土粉末壓成 餅，然后進(jìn)行研磨、篩選的步驟，制得40目~60目標(biāo)活化改性高嶺土顆粒。
[0056] 使用原生高嶺土與本實(shí)施例得到的改性高嶺土進(jìn)行與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)步驟， 兩種吸附劑的吸附效率如表4所示，由此可見，在吸附溫度為900°C條件下，改性高嶺土的吸 附能力明顯優(yōu)于原生高嶺土，其對(duì)鉛的吸附效率提高了 25.4%，對(duì)鎘的吸附效率提高了 26.9%〇
[0057]表4 900°C下高嶺土與改性高嶺土對(duì)鉛、鎘蒸汽的吸附效率 [0058]
[0059] 實(shí)施例5:
[0060]用電子天平稱量20g原生高嶺土，將十六烷基二甲基溴化銨與原生高嶺土按質(zhì)量 比為0.05:1混合攪拌均勻，然后放入水平管式爐，在900°C下煅燒90min。取出后用適量的去 離子水進(jìn)行浸泡、攪拌洗滌、過濾操作，重復(fù)清洗5次后，放入溫度為90°C的烘箱干燥，得到 初步活化的高嶺土。
[0061]稱取與初步活化高嶺土質(zhì)量比為1:6的膽堿，互相混合，然后加入10倍體積的去離 子水，得到堿浸泡溶液。將上述堿浸泡溶液置于微波條件下（微波頻率為1200MHz，功率為 I OOOw )，在70 °C的恒溫水浴中打漿18h。接著，保持上述微波和恒溫水浴條件不變，將漿液繼 續(xù)靜置、陳化16h。然后，濾去上層清液，得到下層高嶺土混合物。將下層混合物在80°C的烘 箱內(nèi)烘干，冷卻后進(jìn)行研磨，得到改性高嶺土粉末。最后，在13Mpa下將改性高嶺土粉末壓成 餅，然后進(jìn)行研磨、篩選的步驟，制得40目~60目標(biāo)活化改性高嶺土顆粒。
[0062]使用原生高嶺土與本實(shí)施例得到的改性高嶺土進(jìn)行與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)步驟， 兩種吸附劑的吸附效率如表5所示，由此可見，在吸附溫度為900°C條件下，改性高嶺土的吸 附能力明顯優(yōu)于原生高嶺土，其對(duì)鉛的吸附效率提高了 30.4%，對(duì)鎘的吸附效率提高了 21.9%〇
[0063]表5 900°C下高嶺土與改性高嶺土對(duì)鉛、鎘蒸汽的吸附效率 [0065] 實(shí)施例6:
[0066]用電子天平稱量20g原生高嶺土，將十六烷基二甲基溴化銨與原生高嶺土按質(zhì)量 比為0.05:1混合攪拌均勻，然后放入水平管式爐，在700 °C下煅燒50min。取出后用適量去離 子水進(jìn)行浸泡、攪拌洗滌、過濾操作，重復(fù)清洗5次后，放入溫度為90°C的烘箱干燥，得到初 步活化的高嶺土。
[0067]稱取與初步活化高嶺土質(zhì)量比為1:6的膽堿，互相混合，然后加入10倍體積的去離 子水，得到堿浸泡溶液。將上述堿浸泡溶液置于微波條件下（微波頻率為1200MHz，功率為 I OOOw )，在70 °C的恒溫水浴中打漿18h。接著，保持上述微波和恒溫水浴條件不變，將漿液繼 續(xù)靜置、陳化16h。然后，濾去上層清液，得到下層高嶺土混合物。將下層混合物在80°C的烘 箱內(nèi)烘干，冷卻后進(jìn)行研磨，得到改性高嶺土粉末。最后，在13Mpa下將改性高嶺土粉末壓成 餅，然后進(jìn)行研磨、篩選的步驟，制得40目~60目標(biāo)活化改性高嶺土顆粒。
[0068]使用原生高嶺土與本實(shí)施例得到的改性高嶺土進(jìn)行與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)步驟， 兩種吸附劑的吸附效率如表6所示，由此可見，在吸附溫度為900°C條件下，改性高嶺土的吸 附能力明顯優(yōu)于原生高嶺土，其對(duì)鉛的吸附效率提高了 10.4%，對(duì)鎘的吸附效率提高了 11.9%〇
[0069]表6 900°C下高嶺土與改性高嶺土對(duì)鉛、鎘蒸汽的吸附效率
[0070]
[0071] 實(shí)施例7:
[0072]用電子天平稱量20g原生高嶺土，將十六烷基二甲基溴化銨與原生高嶺土按質(zhì)量 比為0.05:1混合攪拌均勻，然后放入水平管式爐，在700 °C下煅燒90min。取出后用適量去離 子水進(jìn)行浸泡、攪拌洗滌、過濾操作，重復(fù)清洗5次后，放入溫度為90°C的烘箱干燥，得到初 步活化的高嶺土。
[0073]稱取與初步活化高嶺土質(zhì)量比為10:1的膽堿，互相混合，然后加入10倍體積的去 離子水，得到堿浸泡溶液。將上述堿浸泡溶液置于微波條件下(微波頻率為1200MHz，功率為 I OOOw )，在70 °C的恒溫水浴中打漿18h。接著，保持上述微波和恒溫水浴條件不變，將漿液繼 續(xù)靜置、陳化16h。然后，濾去上層清液，得到下層高嶺土混合物。將下層混合物在80°C的烘 箱內(nèi)烘干，冷卻后進(jìn)行研磨，得到改性高嶺土粉末。最后，在13Mpa下將改性高嶺土粉末壓成 餅，然后進(jìn)行研磨、篩選的步驟，制得40目~60目標(biāo)活化改性高嶺土顆粒。
[0074]使用原生高嶺土與本實(shí)施例得到的改性高嶺土進(jìn)行與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)步驟， 兩種吸附劑的吸附效率如表7所示，由此可見，在吸附溫度為900°C條件下，改性高嶺土的吸 附能力明顯優(yōu)于原生高嶺土，其對(duì)鉛的吸附效率提高了 5.4%，對(duì)鎘的吸附效率提高了 6.9%〇
[0075]表7 900°C下高嶺土與改性高嶺土對(duì)鉛、鎘蒸汽的吸附效率
[0076]
[0077]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于吸附半揮發(fā)性重金屬的高嶺土改性制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) .將十六烷基二甲基溴化銨與原生高嶺土按質(zhì)量比為〇. 05~1:1混合均勻，在溫度為 100°C ~900°C 下煅燒 20min ~120min; 2) .取出用去離子水浸泡、洗滌、過濾，然后干燥得到初步活化的高嶺土； 3) .將初步活化高嶺土與膽堿按照質(zhì)量比為1:0.1~10的比例混合，然后加入去離子水 混合，得到堿浸泡溶液； 4) .在微波條件下，50°C~80°C范圍內(nèi)恒溫水浴打漿12~24h;其中，微波頻率為500MHz ~2500MHz，微波功率為700w~2000w; 5) .將漿液繼續(xù)在步驟4)的溫度和微波條件下靜置、陳化12~24h; 6) .濾去上層清液，得到下層混合物； 7) .將下層混合物依次進(jìn)行烘干、冷卻、研磨的步驟，得到改性高嶺土粉末；其中，烘干 溫度：80°C ~120°C; 8) .將改性高嶺土粉末壓成餅，然后進(jìn)行研磨、篩選的步驟，制成目標(biāo)改性高嶺土顆粒。
【文檔編號(hào)】B01J20/12GK105921138SQ201610482861
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月27日
【發(fā)明人】黃亞繼, 夏文青, 劉長(zhǎng)奇, 查健銳
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)