一种吸附-生长水相重金属吸附材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于环境及材料领域，具体涉及一种吸附-生长水相重金属吸附材料及其 制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 目前，环境问题受到愈来愈多的关注，工业、社会活动产生的重金属水污染问题急 切需要解决。铝厂污泥是铝型材表面处理过程中产生的，其主要成分为Y-A100H以及少 量Fe 3CVCa0、K20和Na2O等杂质，这类污泥的数量十分庞大，一个大型铝型材企业，一年产 生的湿污泥可多达10000多吨，大量堆积的污泥既影响了铝型材厂的正常生产，也造成了 二次污染。牡蛎壳具有特殊的物理构造，通常认为由角质层、棱柱层和珍珠层组成，主体部 分为棱柱层，具有丰富天然的多级孔状结构，本身即具备一定的吸附能力能力。硅微粉是硅 铁电炉冶炼过程中产生的超细粉尘，经袋式除尘器回收得来，主要成分为无定形SiO 2，粒径 超细，含量>92%，在IKKTC下仍保持非晶状态，具有活性高，比表面积大，理化性能优良等 特点，是一种无需经过粉碎加工、廉价的超微粉体。
[0003] 以铝厂污泥为基础原料，掺杂牡蛎壳、硅微粉和石墨粉末，经过烧结之后，由于造 孔剂石墨的作用，可生成不易破损的多孔吸附材料，而CaCO 3烧结之后产生CaO,其和磷酸根 离子经过水热反应后，可生成一种具有多级网状结构的高活性物质-羟基磷酸钙，这种物 质对其重金属具有很强的亲和力，具有持久高效的吸附能力。这种吸附材料在保持其丰富 多级孔结构的同时又为吸附剂提供了良好的强度，具有很高的吸附活性，可以通过离子交 换和溶解-沉淀作用引导重金属离子沿其表面结合沉积，生成的沉淀物进入羟基磷灰石的 网络骨架，不但不会封闭原有的吸附孔隙，而且还会提供新的吸附质点作为活性位点，近一 步提高了吸附剂对重金属离子的吸附量，形成了吸附-生长-吸附的良性循环。经过我的 研究证明，在与含重金属离子的废水接触吸附后，这种吸附-生长水相重金属吸附材料，对 初始浓度为10 mg/L的含铜废水和5mg/L的含铅废水，在吸附时间为24h，实验环境温度为 25°C时，吸附剂对Cu2+的吸附率高达99. 3%，对Pb2+的吸附率达到了 99. 6%，是一种性能优良 的商效吸附剂。
[0004] 目前，已经有一些关于铝制吸附剂的研究，但由于其实验室制备的成本较高，对原 料的纯度要求严格，而且工艺复杂，还无法做到大规模的推广生产。
[0005] 经检索，国内外尚未有以铝厂污泥、牡蛎壳粉、硅微粉和石墨粉末为原料，制备吸 附-生长水相重金属吸附材料的方法。该项目属于国内外首家研究发明的技术。本发明所 涉及的主要原材料铝厂污泥、硅微粉和牡蛎壳在我国储量丰富，所使用的制备方法简单且 易于操作，能够回收利用铝厂污泥和牡蛎壳的废弃物，在生产出有效的重金属吸附剂的同 时，很好的实现废物利用，在一定程度是为解决铝厂污泥二次污染、牡蛎壳废弃物污染的问 题提供了新的途径，经济效益显和环境效益著，具有很好的推广应用价值。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种吸附-生长水相重金属吸附材料及其制备方法和应 用，制得的吸附-生长水相重金属吸附材料能够有效的吸附污水中的重金属离子，起到了 环境保护的作用，同时能够有效地解决铝厂污泥二次污染、牡蛎壳废弃物污染的问题，实现 了废物利用。其制备方法简单，成本低廉，具有良好的经济效益和环境效益，能够被很好地 投入规模化生产。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种吸附-生长水相重金属吸附材料的主要原料为铝厂污泥、硅微粉、牡蛎壳和石墨 粉。
[0008] 主要原料的重量百分数为：铝厂污泥30~35%、硅微粉23~28%、牡蛎壳35~45%、石墨 粉2%，各原料的重量百分数之和为100%。所述的铝厂污泥的主要化学成分Al2O3的含量为 50~65 wt%，硅微粉的主要化学成分5丨02的含量为80~92 wt%，牡蛎壳的主要化学成分CaCO3 的含量为92~97 wt%。
[0009] 制备方法：将预处理好的铝厂污泥、牡蛎壳粉、硅微粉和石墨粉进行球磨混合，待 混合均匀后，经造粒、陈腐后进行成型，烧结后与磷酸溶液进行水热反应，烘干后，即得到吸 附-生长水相重金属吸附材料。具体步骤如下： (1) 分别将铝厂污泥和球磨过筛后的牡蛎壳粉进行预烧，煅烧温度900°C，保温时间1 h，升温速度5°C /min ; (2) 将预处理好的铝厂污泥、硅微粉和牡蛎壳粉混合均匀，加入石墨粉进行干法球磨混 合，混匀后过50目筛；加入去离子水进行造粒，对粒料进行陈腐处理24h ; (3) 称取2 g陈腐后的粒料，在2 MPa压力下模压成型后烧结，煅烧温度1000°C，保温 时间2 h，升温速度5°C /min ; (4) 将烧结后的物料与磷酸溶液进行水热反应，压力5 MPa，温度300°C，时间8 h ;烘 干，即得到吸附-生长水相重金属吸附材料。
[0010] 所述的材料用于处理含重金属离子的废水，实现吸附-生长-吸附的良性循环。 [0011] 本发明的显著优点在于： (1)原料与技术创新：利用铝厂污泥、硅微粉、牡蛎壳和石墨粉为主要原料，以石墨粉末 为造孔剂，经过成型、烧结、水热处理后，制备出了吸附-生长水相重金属吸附材料，在实现 废物再利用的同时，明显提高吸附材料强度，做到了吸附-生长的紧密结合，有效的提高了 吸附剂对污水中的重金属离子的吸附量。
[0012] (2)经检索，国内外尚未有利用铝厂污泥、硅微粉、牡蛎壳和石墨粉制备的吸 附-生长水相重金属吸附材料的报导，该项目属于国内外首家研究发明的技术。
[0013] (3)充分利用原材料的特性，提高产品的质量。铝厂污泥粒子超细、表面积大，活性 高，有利于固相反应。牡蛎壳具有丰富天然的多级孔状结构，本身即具备吸附能力、交换能 力和催化分解能力的基础。硅微粉中具有无定形的SiO 2，具有活性高，颗粒细小，比表面积 大，理化性能优良等特点，是一种无需经过粉碎加工、廉价的超微粉体。
[0014] (4)低生产成本：主要原材料为铝