一种重金属无机吸附材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及水处理领域，特别是涉及一种重金属无机吸附材料及其制备方法和在含锰废水处理中的应用。
【背景技术】
[0002]我国锰矿资源相对匮乏，但锰矿年消耗却居世界首位，特别是在钢铁行业，大量锰矿的使用以及设备和技术的制约，产生了大量的含锰废料和含锰废水。锰是我国水质重金属的重要检测指标之一，含锰废水的排放会造成严重的环境危害，尤其容易腐蚀管道，阻碍植物生长，乃至污染水源进而影响人类健康。生活饮用水标准将水中锰含量限制在0.1mg/L以下，因而，对含锰废水的除锰处理具有重要的意义。
[0003]在含锰废水的处理方法中，传统的化学除锰工艺药剂毒性大，易造成二次污染，同时处理成本高；生物法或接触氧化法则占地面积大，处理周期长，造价昂贵；物理吸附法对锰的吸附效果差，难以达到目的。因此亟需一种运行简便，成本低廉又能满足环境排放标准的处理材料及工艺。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种重金属无机吸附材料及其制备方法和在含锰废水处理中的应用，它克服了现有技术所存在的不足之处。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种重金属无机吸附材料的制备方法，包括以下步骤:
[0006]I)将天然粘土矿物、粘结剂及成孔剂以质量比10:0.5?3:0.1?10的比例混合，其中天然粘土矿物为钙基膨润土，蒙脱石含量为60?95%，阳离子交换容量为40?120meq/100g；
[0007]2)将上述混合物加水搅拌形成半干生料，其中水与膨润土的质量比为0.3?0.7:1 ；
[0008]3)将半干生料通过挤压成型形成条状物料，于40?100°C下预干燥2?48h至其含水率为2?30% ;
[0009]4)预干燥后的条状物料造粒后于400?800°C焙烧I?6h，制得无机吸附材料。
[0010]优选的，所述粘结剂是硅酸钠，其模数为2.0?2.5。
[0011]优选的，所述成孔剂为分子量大于300的有机钠盐，例如硬脂酸钠、油酸钠等。
[0012]优选的，所述钙基膨润土、粘结剂及成孔剂的质量比为10:0.5?2:0.1?5。
[0013]优选的，步骤2)中，所述水与膨润土的质量比为0.4?0.6:1。
[0014]优选的，步骤4)中，所述焙烧是在400?800°C焙烧I?6h。
[0015]由上述方法制备的重金属无机吸附材料，所述无机吸附材料呈球状或柱状体。优选的，所述无机吸附材料的粒径是3?5mm，孔容0.2?0.4cm3/g，孔径50?80nm。
[0016]上述重金属无机吸附材料在重金属废水处理中的应用。优选的，所述重金属废水为含锰废水，所述重金属无机吸附材料用于吸附锰离子。
[0017]相较于现有技术，本发明具有以下有益效果:
[0018]1.以钙基膨润土为主要原料，添加粘结剂与成孔剂并通过烧结制成颗粒状吸附材料，该吸附材料机械强度高、耐酸碱，添加成孔剂后形成具有一定孔容的大孔球状或柱状颗粒，比表面积大，可以实现对锰离子的高效吸附。
[0019]2.制备过程简单，成本低廉，处理效果好，处理量大，可循环利用，不会造成二次污染，适于工业应用。
[0020]以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种重金属无机吸附材料及其制备方法和应用不局限于实施例。
【附图说明】
[0021]图1是实施例1的无机吸附材料对硫酸锰溶液中锰离子的吸附效果示意图；
[0022]图2是实施例2的无机吸附材料对硫酸锰溶液中锰离子的吸附效果示意图；
[0023]图3是实施例3的无机吸附材料对某矿山含锰废水的吸附效果示意图。
【具体实施方式】
[0024]实施例1
[0025]将100g钙基膨润土、10g硅酸钠(模数2.0)和50g硬脂酸钠混匀成均一混合粉末；向以上混合粉末中加入500g自来水并搅拌，直至水分分布均匀形成半干生料；再将得到的生料加入到成型机进行挤条成型，然后置于烘箱内干燥，50?60°C预干燥24h ;将预干燥得到的条状物料进行断粒；最后将颗粒置于600°C的马弗炉内焙烧2h，制得重金属目标导向型无机吸附材料，粒径是4mm，孔容为0.26cm3/g，平均孔径为58nm。
[0026]将上述吸附材料用于自配硫酸锰溶液中锰离子的吸附，具体如下:
[0027]配制2L、初始浓度为5.0mg/L的锰离子溶液，将50g吸附颗粒装入树脂柱中，调节蠕动栗流速为5BV/h，进行循环吸附。
[0028]吸附颗粒对锰离子的动态吸附效果及处理后液的锰离子浓度情况如图1所示。由图1可知，对初始浓度为5.0mg/L的锰离子的动态吸附过程中，去除率随着时间延长而升高，并当处理时间达到12h后，处理后液中锰离子的浓度降至0.01mg/L以下，去除率达到99%以上。
[0029]实施例2
[0030]将100g钙基膨润土、50g硅酸钠(模数2.5)和10g硬脂酸钠混匀成均一混合粉末；向以上混合粉末中加入400g自来水并搅拌，直至水分分布均匀形成半干生料；再将得到的生料加入到成型机进行挤条成型，然后置于烘箱内干燥，80?100°C预干燥6h ;将预干燥得到的条状物料进行断粒；最后将颗粒置于800°C的马弗炉内焙烧lh，制得重金属目标导向型无机吸附材料，粒径是3mm，孔容0.3cm3/g，平均孔径55nm。
[0031]将上述吸附材料用于自配硫酸锰溶液中锰离子的吸附，具体如下:
[0032]配制2L、初始浓度为1.0mg/L的锰离子溶液，将50g吸附颗粒装入树脂柱中，调节蠕动栗流速为5BV/h，进行循环吸附。
[0033]吸附颗粒对锰离子的动态吸附效果及处理后液的锰离子浓度情况如图2所示。由图2可知，对初始浓度为1.0mg/L的锰离子的动态吸附过程中，去除率随着时间延长而升高，并当处理时间达到12h后，处理后液中锰离子的浓度降至0.01mg/L以下，去除率达到99%以上。
[0034]实施例3
[0035]将100g钙基膨润土、300g硅酸钠(模数2.2)和500g硬脂酸钠混匀成均一混合粉末；向以上混合粉末中加入700g自来水并搅拌，直至水分分布均匀形成半干生料；再将得到的生料加入到成型机进行挤条成型，然后置于大型烘箱内干燥，40?50°C预干燥48h ;将预干燥得到的条状物料进行断粒；最后将颗粒置于400°C的马弗炉内焙烧6h，制得重金属目标导向型无机吸附材料，粒径是4mm，孔容0.32cm3/g，平均孔径68nm。
[0036]将上述吸附材料用于某矿石含锰废水的净化吸附，具体如下:
[0037]取2L某矿山含锰废水，锰离子浓度为4.85mg/L，将50g吸附颗粒装入树脂柱中，调节蠕动栗流速为5BV/h，进行循环吸附。
[0038]吸附颗粒对锰离子的动态吸附效果及处理后液的锰离子浓度情况如图3所示。由图3可知，对矿山废水中的锰离子的动态吸附过程中，去除率随着时间延长而升高，并当处理时间达到12h后，处理后液中锰离子的浓度降至0.01mg/L以下，去除率达到99%以上。
[0039]实施例4
[0040]将100g钙基膨润土、200g硅酸钠(模数2.3)和100g硬脂酸钠混匀成均一混合粉末；向以上混合粉末中加入600g自来水并搅拌，直至水分分布均匀形成半干生料；再将得到的生料加入到成型机进行挤条成型，然后置于烘箱内干燥，60?80°C预干燥12h ;将预干燥得到的条状物料进行断粒；最后将颗粒置于700°C的马弗炉内焙烧3h，制得重金属目标导向型无机吸附材料，粒径是4.6mm，孔容0.38cm3/g，平均孔径70nm。
[0041]上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种重金属无机吸附材料及其制备方法和应用，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种重金属无机吸附材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 1)将天然粘土矿物、粘结剂及成孔剂以质量比10:0.5?3:0.1?10的比例混合，其中天然粘土矿物为钙基膨润土，蒙脱石含量为60?95%，阳离子交换容量为40?120meq/100g； 2)将上述混合物加水搅拌形成半干生料，其中水与膨润土的质量比为0.3?0.7:1; 3)将半干生料通过挤压成型形成条状物料，于40?100°C下预干燥2?48h至其含水率为2?30% ； 4)预干燥后的条状物料造粒后于400?800°C焙烧I?6h，制得无机吸附材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述粘结剂是硅酸钠，其模数为2.0 ?2.5o3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述成孔剂为分子量大于300的有机钠盐。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述钙基膨润土、粘结剂及成孔剂的质量比为10:0.5?2:0.1?5。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤2)中，所述水与膨润土的质量比为0.4?0.6:1。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤4)中，所述焙烧是在400?800°C焙烧I?6h。7.由权利要求1?6任一项所述的方法制备的重金属无机吸附材料，其特征在于:所述无机吸附材料呈球状或柱状体。8.根据权利要求7所述的重金属无机吸附材料，其特征在于:所述无机吸附材料的粒径是3?5mm，孔容0.2?0.4cm3/g，孔径50?80nmo9.权利要求7所述的重金属无机吸附材料在重金属废水处理中的应用。10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于:所述重金属废水为含锰废水，所述重金属无机吸附材料用于吸附锰离子。
【专利摘要】本发明公开了一种重金属无机吸附材料的制备方法，是以天然粘土矿物为主要原料，添加粘结剂和成孔剂混合均匀后加水形成半干生料，挤压成型后进行预干燥，造粒，焙烧制得多孔颗粒状材料。制得的吸附材料机械强度高，耐酸碱性能好，可应用于重金属污水中对锰离子的高效吸附，处理效果好，无二次污染，可循环利用，为重金属污水的高效低成本处理提供了可能。
【IPC分类】B01J20/12, C02F1/28, B01J20/30, C02F1/64
【公开号】CN105126741
【申请号】CN201510412017
【发明人】黄怀国, 应昌权, 陈征贤, 游天寿, 张波, 季常青, 马龙, 叶志勇, 庄荣传
【申请人】厦门紫金矿冶技术有限公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年7月14日