专利名称：一种改性膨润土除铬剂及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种除铬剂，特别是一种改性膨润土除铬剂；本发明还涉及这种改性膨润土除铬剂的制造方法。
背景技术：
水是人类生活和生产活动中不可缺少的物质资源。近年来，随着社会经济的快速发展，水体污染越来越严重，已逐渐威胁到人们身体健康和生态平衡，其中重金属污染已成为困扰人类社会多年的公害。这些重金属离子在环境中不能生物降解，可通过食物链网最终进入人体，在人体内累积。其中大部分重金属离子是致癌、致畸、致突变的剧毒物质，如六价铬是一种致癌物质，进入人体后会引起消化道癌。所以如何改善水体质量已成为急待解决的问题。一般电镀废水中的Cr6+浓度为45～180mg/L，垃圾渗滤液中Cr6+浓度为0.002～1mg/L。针对如何去除水体中铬污染的问题，人们进行了大量除铬方法的研究，得出了很多处理含铬废水的方法。按其作用原理，可分为物理方法、化学方法、物理化学方法、生物方法四类。物理方法一般只是作为其他处理方法中的一个环节，很少单独使用。化学方法是向废水中投加化学药剂，通过化学反应改变废水的污染物的化学性质，使其变成无害物质或易于与水分离的物质，再进一步从废水中除去的方法。此方法具有操作简单可靠、投资少、能承受大水量和高浓度负荷等优点，但存在二次污染的问题。生物处理方法是利用微生物的生命活动过程对废水中的污染物进行转移和转化作用，从而使废水得到净化的处理方法，实验室研究这种方法较多，但均未达到实际应用水平。物理化学方法是通过物理和化学的综合作用使废水得到净化的方法，又可分为离子交换法、萃取法、吸附法和电解法等，这些方法都有各自的优缺点。吸附法中常用的是活性炭吸附法，但是活性炭的再生困难，因此应用还不是很广泛。
发明内容
本发明将公开一种成本低廉、去除六价铬效果好、制造工艺简单的改性膨润土除铬剂；本发明还将公开这种改性膨润土的制造方法。
近年来，基于对天然矿物的表面活性、超细效应、化学成份、晶体结构、物理技术及其改性技术等方面的研究，发现矿物具有良好的环境属性，可以通过表面吸附作用、离子交换作用和化学活性去除水体中的重金属离子。利用种类繁多、储量丰富、价格低廉、处理工艺相对简单的天然矿物材料进行废水处理，具有投资少、效果好且二次污染小等优点。水体污染治理是一项量多面广的废水治理工程，它不是一般性环境污染治理技术所能支撑的，而开发成本低廉的天然矿物材料用于污水治理是达到规模治污的一个可行途径。因而近年来把矿物材料作为水处理吸附剂已成为了国内外的研究热点，其中膨润土由于其自身的结构赋予它们很多独特的性能，是研究的首选。膨润土是一种以蒙脱石为主要矿物成分、含少量伊利石、高岭石、伊利石/蒙脱石混层等粘土矿物及其它碎屑矿物组成的复合物。蒙脱石是由两个共顶联接的硅氧四面体片中间夹一个共边联接的铝氧八面体片组成的层状硅酸盐矿物，其晶体结构式为(Mxn·H2O)(Al2-xMgx)[Si4O10](OH)2。其结构中的单片层是纵横尺寸比很大的薄片，直径约为100～200nm，而厚度仅为1nm。5～10层这样的薄片通过层间阳离子结合在一起构成基本颗粒，由这些基本颗粒构成更大的不规则集团，因而膨润土具有层状结构。结构中铝对硅和镁对铝的类质同像替代的离子交换作用，会导致结构单元层内负电荷(即层电荷)过剩，为达到正负电荷的平衡，需要一定数量的阳离子来补偿而且位于层间区域。这些阳离子以离子键力联结结构单元层，并且是活动的，它的键强比分子键或氢键大得多。因此当蒙脱石结构单元层内部电荷未达到平衡时，单元层间的空隙中将由一定量的阳离子来充填，从而发生(阳)离子交换作用。蒙脱石由于破键、晶格内类质同象取代及吸附在其表面的腐殖质离解等原因而带负电荷，从而导致晶格层间结合疏松，遇水易膨胀成碎片，颗粒分散度高，具有巨大的内表面积和大量的交换性阳离子，使其具有良好的吸附性能和离子交换性能(其阳离子交换容量约为70～130mmol/100g)。可广泛用于铸造业、钻井、建筑、轻工等行业，大量用于铁矿球团和作为吸附剂用于各行各业。目前，大量研究表明膨润土在废水治理行业中的应用前景非常广阔，但把膨润土用于含铬废水的处理方面，未见实际应用的报道。
本发明通过对膨润土改性，可大幅度提高膨润土去除六价铬的能力，从而在处理含铬废水时，可达到很好的效果，可以进行实际应用；本发明所述的改性膨润土除铬剂的制造方法，步骤如下1)将膨润土原矿粉碎，加水调成浆状；一般需将膨润土原矿粉碎成20～200目，以便加水调成浆状；加水将膨润土调浆时，膨润土与水的固液质量比一般为1∶4～15；为达到最好的效果，膨润土与水的固液质量比最好为1∶9；2)将可溶性盐溶于水中，搅拌均匀，得到质量浓度为5～60％的可溶性盐溶液；所述的可溶性盐最好为可溶性的镁盐或可溶性铁盐或可溶性铝盐或可溶性钠盐或可溶性聚合铁盐或可溶性聚合铝盐；例如氯化铝或硫酸亚铁或聚合氯化铝或氯化钠等；可溶性盐溶液的质量浓度最好为50％；3)把所得的可溶性盐溶液加入膨润土浆液中，并使两者充分混合，然后调节所得混合溶液的PH值至5～9，并将其陈置一定的时间；其中，膨润土浆液中的膨润土与可溶性盐溶液中可溶性盐的金属阳离子之比一般为1g∶1～20mmol，最好为1g∶15mmol；混合溶液陈置的时间一般为1～5小时，控制混合溶液的PH值为7，并且陈置5小时，效果最佳；4)将陈置后的混合溶液加热至60～100℃，使其进一步反应；加热反应时间一般为8～24小时；为达到更好的反应效果，加热温度最好为80℃，加热反应时间最好为10小时；5)将加热后的混合溶液进行干燥，得到用于处理垃圾渗滤液的改性膨润土；为了便于膨润土除铬剂的成型，可先将加热后的混合溶液干燥到一定程度，一般干燥至其含水量为10～25％，挤出成型，然后再将其烘干，得到粒状改性膨润土除铬剂；所述的干燥混合溶液，干燥的温度一般为100～120℃，干燥的时间为6～20小时；为达到最好的干燥效果，干燥的温度最好为110℃，干燥的时间最好为12小时。
采用本发明所述的制造方法对膨润土进行改性后所得到的改性膨润土除铬剂，将其用于含铬废水的处理，可大大提高其对六价铬的去除率。用二苯碳酰二肼分光光度法检测，膨润土原矿对含铬废水没有去除能力，通过对其改性后所得的改性膨润土对含铬废水中铬的去除率升至98％以上，因此这种改性膨润土十分适合用于含铬废水的处理。由于膨润土矿的储量大，价格便宜，而且膨润土改性处理的生产工艺比较简单，可直接使用原矿进行改性，不用提纯，可以避免使用大量的水资源和大型固液分离装置，也无需任何其它复杂、大型的设备，因此其生产的成本低廉，完全可以进行工业化批量生产。
具体实施例方式实施例11)将膨润土粉碎至20目，并加水调成浆状；所得的膨润土浆液中，膨润土与水的固液质量比为1∶4；2)将聚合氯化铝溶于水中，边加边搅拌，直至两者充分混合，得到质量浓度为5％的聚合氯化铝溶液；3)把聚合氯化铝溶液加入膨润土浆液中，并搅拌均匀，使两者充分混合，然后将所得混合溶液的PH值调至5，再将其陈化5小时；其中膨润土浆液中的膨润土与聚合氯化铝溶液中铝离子的比为1g∶15mmol；4)将上述混合溶液置于80℃反应10小时；5)然后将所得的混合溶液在100℃干燥，至其含水量为10％，然后挤出成型，再在105℃干燥12小时，即得改性膨润土除铬剂。
实施例21)将膨润土粉碎至100目，并加水调成浆状；所得的膨润土浆液中，膨润土与水的固液质量比为1∶15；2)将硫酸亚铁溶于水中，搅拌均匀，得到质量浓度为60％的硫酸亚铁溶液；3)把硫酸亚铁溶液加入膨润土浆液中，边加边搅拌，直至两者充分混合，然后将所得的混合溶液的PH值调至9，再将其陈化1小时；其中膨润土浆液中的膨润土与硫酸亚铁溶液中铁离子的比为1g∶1mmol；4)将上述混合溶液置于60℃反应8小时；5)然后将所得的混合溶液在120℃干燥6小时，即得改性膨润土除铬剂。
实施例31)将膨润土粉碎至200目，并加水调成浆状；所得的膨润土浆液中，膨润土与水的固液质量比为1∶9；2)将氯化钠溶于水中，搅拌均匀，得到质量浓度为50％的氯化钠溶液；3)把氯化钠溶液加入膨润土浆液中，边加边搅拌，直至两者充分混合，然后将所得的混合溶液的PH值调至7，再将其陈化3小时；其中膨润土浆液中的膨润土与氯化钠溶液中钠离子的比为1g∶20mmol；4)将上述混合溶液置于100℃反应24小时；5)然后将所得的混合溶液在110℃干燥20小时，即得改性膨润土除铬剂。
权利要求
1.一种改性膨润土除铬剂的制造方法，步骤如下1)将膨润土原矿粉碎，加水调成浆状；2)将可溶性盐溶于水中，搅拌均匀，得到质量浓度为5～60％的可溶性盐溶液；3)把所得的可溶性盐溶液加入膨润土浆液中，并使两者充分混合，然后调节所得混合溶液的PH值至5～9，并将其陈置；4)将陈置后的混合溶液加热至60～100℃，使其进一步反应，加热反应时间为8～24小时；5)将加热后的混合溶液进行干燥，得到改性膨润土除铬剂。
2.根据权利要求1所述的改性膨润土的制造方法，其特征在于所述可溶性盐为可溶性镁盐或可溶性铁盐或可溶性铝盐或可溶性钠盐或可溶性聚合铁盐或可溶性聚合铝盐。
3.根据权利要求2所述的改性膨润土除铬剂的制造方法，其特征在于所述可溶性盐为氯化铝或硫酸亚铁或聚合氯化铝或氯化钠。
4.根据权利要求1～3中任何一项所述的改性膨润土除铬剂，其特征在于步骤5)中，先将加热后的混合溶液干燥至其含水量为10～25％，然后挤出成型，再将其干燥，得到粒状改性膨润土除铬剂。
5.根据权利要求1～3中任何一项所述的改性膨润土除铬剂的制造方法，其特征在于步骤1)中，膨润土与水的固液质量比为1∶4～15。
6.根据权利要求1～3中任何一项所述的改性膨润土除铬剂的制造方法，其特征在于步骤2)中，可溶性盐溶液的质量浓度为50％。
7.根据权利要求1～3中任何一项所述的改性膨润土除铬剂的制造方法，其特征在于步骤3)中，膨润土浆液中的膨润土与可溶性盐溶液中可溶性盐的金属阳离子之比为1g∶1～20mmol。
8.根据权利要求1～3中任何一项所述的改性膨润土除铬剂的制造方法，其特征在于步骤3)中，经过调节PH值后，所得混合溶液的陈置时间为1～5小时。
9.根据权利要求1～3中任何一项所述的改性膨润土除铬剂的制造方法，其特征在于步骤5)中，加热后的混合溶液干燥温度为100～120℃；干燥时间为6～20小时。
10.权利要求1～9所述的方法制造的改性膨润土除铬剂。
全文摘要
本发明涉及一种改性膨润土除铬剂及其制造方法，其制造方法步骤如下1)将膨润土原矿粉碎，加水调成浆状；2)将可溶性盐溶于水中，搅拌均匀，得到质量浓度为5～60％的可溶性盐溶液；3)把可溶性盐溶液加入膨润土浆液中，并使两者充分混合，然后调节所得混合溶液的pH值至5～9，并将其陈置；4)将陈置后的混合溶液加热至60～100℃，使其进一步反应，加热反应时间为8～24小时；5)将加热后的混合溶液进行干燥，得到改性膨润土除铬剂；也可进一步成型为粒状改性膨润土除铬剂。采用本发明所述制造方法对膨润土进行改性后所得的改性膨润土除铬剂，用于含铬废水的处理，可大大提高其对六价铬的去除率，改性后其对含铬废水中铬的去除率升至98％以上。
文档编号C02F1/28GK1752048SQ20051002134
公开日2006年3月29日 申请日期2005年7月23日 优先权日2005年7月23日
发明者徐文炘, 肖筱瑜, 张静, 李蘅, 李毅 申请人:桂林矿产地质研究院