一种新型金属氧化物铁铜复合改性石英砂滤料及其制备方法和应用

文档序号:9480132阅读:862来源:国知局
一种新型金属氧化物铁铜复合改性石英砂滤料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于改性滤料技术领域。更具体地,涉及一种新型金属氧化物铁铜复合改 性石英砂滤料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 改性滤料主要是在石英砂表面通过化学反应附着上活性改性剂,从而改变原滤料 表面的性质,制成具有优良吸附性能和截污能力的改性滤料,达到改善滤料去除水中有机 污染物及重金属物质能力的目的。
[0003] 目前,国内外的改性技术主要是使用铁盐、铝盐为改性剂,通过碱性沉积法、高温 煅烧法及粘结剂表面粘结法改变滤料颗粒的表面电位和金属介质内部结构,以达到改性的 目的。2010年付静等采用碱性沉积法制备出适用于含重金属离子Zn 2+、Cd2+废水处理的铝 盐、镁盐改性石英砂。除锌和除镉的试验结果表明,pH值是影响吸附效果的主要因素,随着 pH值增加,吸附效果提高,当pH值接近9时,铝盐、镁盐改性砂的Zn2+、Cd2+去除率均达到最 高。2013年刘峰等制备了铁锰复合氧化物(FMB0),对Sb (V)和Cd2+均具有良好吸附性能, 且二者共存时Sb(V)与Cd2+的吸附容量均高于单独存在下相应的吸附容量。FMB0在吸附去 除Sb (V)、Cd2+等多种重金属共存的受污染水具有良好的效果。2012年Seung-Mok Lee, C. Laldawngliana等通过沉积法制备了纳米氧化铁改性石英砂,用于去除水中Cu2+、Cd2+、Pb 2+, 研究了 PH值、离子浓度等对吸附去除效果的影响,并获得了 Freundlich和Langmuir吸附 模型。2013年庞治星等以普通石英砂为原料,联用纳米Fe20 3和纳米SiO 2为改性剂,环氧树 脂为粘结剂制备的纳米氧化物复合改性石英砂对有机物吸附率达到92%,且采用了无添加 剂的粘结剂,表面改性后不会对水体产生二次污染。
[0004] 虽然现有的改性滤料对水中有机污染物及重金属离子的去除都有明显的效果,但 是仍然存在一些问题,如:附着强度低、吸附容量小,再生困难等。以碱性沉积法制备的改性 滤料,附着强度不足,表面容易脱落;采用高温煅烧法制备的滤料,虽然综合性能有所改善, 但是耗能比较大;采用纳米改性剂制造的改性滤料又具有成本高,不适宜工业化生产、使用 的不足。

【发明内容】

[0005] 本发明要解决的技术问题是克服现有复合改性滤料的缺陷和技术不足,提供一种 吸附容量大、附着强度高、吸附效果更好的复合改性石英砂滤料。
[0006] 本发明的目的是提供一种新型金属氧化物铁铜复合改性石英砂滤料的制备方法。
[0007] 本发明另一目的是提供制备得到的新型金属氧化物铁铜复合改性石英砂滤料。
[0008] 本发明的另一目的是提供所述新型金属氧化物铁铜复合改性石英砂滤料在废水 或污水处理方面的应用。
[0009] 本发明上述目的通过以下技术方案实现:
[0010] -种新型金属氧化物铁铜复合改性石英砂滤料的制备方法,是以三氯化铁和硫酸 铜作为改性剂,同时采用微波技术对石英砂进行改性,制备得到金属氧化物铁铜复合改性 石英砂滤料。
[0011] 具体地,所述新型金属氧化物铁铜复合改性石英砂滤料的制备方法包括如下步 骤:
[0012] S1.将三氯化铁溶液、硫酸铜溶液与普通石英砂混合均匀;
[0013] S2.置于微波条件下热处理,得到金属铁、铜氧化物复合改性石英砂。
[0014] 其中,优选地,步骤S1所述三氯化铁溶液的投加量按照以下比例:三氯化铁:普通 石英砂=〇· 08 ~0· 4mmo1 :lg〇
[0015] 更优选地,三氯化铁:普通石英砂=0· 28~0· 36mmol :lg。
[0016] 优选地,硫酸铜溶液的投加量按照以下比例:硫酸铜:普通石英砂=0.01~ 0. 05mmol : lg〇
[0017] 更优选地,硫酸铜:普通石英砂=0· 02~0· 04mmol :lg。
[0018] 具体地,作为一种优选的可实施方案,所述三氯化铁溶液的浓度为1. 500~ 2. 000m〇l/L,每克普通石英砂中加入0. 04~0. 20mL三氯化铁溶液。更优选为每克普通石 英砂中加入0. 14~0. 18mL三氯化铁溶液。
[0019] 最优选地,所述三氯化铁溶液的浓度为2. 000m〇l/L,每克普通石英砂中加入 0. 04~0. 20mL三氯化铁溶液。更优选为每克普通石英砂中加入0. 14~0. 18mL三氯化铁 溶液。
[0020] 同样地,作为一种优选的可实施方案,所述硫酸铜溶液的浓度为0. 200~ 0. 500mol/L,每克普通石英砂中加入0. 02~0. 10mL硫酸铜溶液。更优选为每克普通石英 砂中加入0. 04~0. 08mL硫酸铜溶液。
[0021] 最优选地,所述硫酸铜溶液的浓度为0. 500mol/L,每克普通石英砂中加入0. 02~ 0. 10mL硫酸铜溶液。更优选为每克普通石英砂中加入0. 04~0. 08mL硫酸铜溶液。
[0022] 另外,优选地,步骤S1所述混合均匀后,再静置沉积24h以内。
[0023] 更优选地,所述静置沉积的时间为8~16h。
[0024] 优选地,步骤S2所述微波的功率为200~1000W。更优选为800W。
[0025] 优选地,步骤S2所述热处理的时间为0. 5~2. 5h。更优选为热处理0. 5~1. 5h。
[0026] 优选地,步骤S1所述普通石英砂的直径为0. 9~1. 43mm,使用前先经pH = 1的 HC1溶液酸浸20~30h(优选24h),然后经蒸馏水洗净至中性后置100~120°C (优选 110°C )烘干,室温冷却。
[0027] 根据上述制备方法制备得到的新型金属氧化物铁铜复合改性石英砂滤料,也在本 发明的保护范围之内。
[0028] 上述新型金属氧化物铁铜复合改性石英砂滤料在净化处理污染水方面的应用,也 在本发明的保护范围之内。
[0029] 优选地,上述新型金属氧化物铁铜复合改性石英砂滤料尤其是去除水中的有机污 染物、无机污染物、重金属离子、磷、细菌或藻类。
[0030] 更优选地,是去除带负电的有机污染物、超标离子和无机物,以及磷或腐植酸。
[0031] 本发明以三氯化铁和硫酸铜作为改性剂,同时采用微波技术对石英砂进行改性, 并采用正交试验、连续性试验等方法,通过对金属氧化物复合改性砂表面金属负载量及附 着强度的测定分析,研究了三氯化铁溶液、硫酸铜溶液的投加量、沉积时间和微波时间、微 波功率等对制备复合改性石英砂的影响,获取了最佳制备工艺条件。根据该制备方法获得 了吸附容量大、附着强度高、且对有机或无机污染物质的去除效果达到最佳、投资成本低的 金属氧化物复合改性砂,为国内外改性石英砂在制备工艺优化、应用于实际生产工艺方面 的研究提供理论依据与技术支持。
[0032] 本发明上述制备方法将三氯化铁、硫酸铜作为改性剂原料,通过微波加热的方法 制备金属氧化物铁铜复合改性石英砂滤料,最大限度地提高了改性滤料的强度和吸附容 量。而且,使用微波法降低了传统石英砂制备的能耗,缩短了制备的时间,提高了制备的效 率。制备得到的金属铁铜氧化物复合改性石英砂能迅速高效地去除污染水源中的有机物、 细菌、藻类和重金属离子,从而达到净化水质的目的。作为滤料,本发明的改性滤料在常规 水处理中能以更高的吸附容量增加滤料的过滤周期,降低运营的成本;作为水质处理材料, 本发明能高效迅速地应对突发水质事故。对腐殖酸去除率能达到接近98%。
[0033] 另外,本发明的金属氧化物铁铜复合改性石英砂滤料能够把多种改性剂有机结合 在一起,一方面提高了改性滤料对腐殖酸的去除效率,此外,对水中的磷也有很好的去除效 果,对水中磷的去除率为71. 5%~96. 23%;另一方面,改性剂在氧化过程中的相互作用,使 得金属复合氧化物铁铜改性石英砂的附着强度增强,对污染物质的去除效果达到最佳。 [0034] 本发明具有以下有益效果:
[0035] (1)本发明采用了微波技术对石英砂进行改性,把复合材料制备的技术应用于滤 料的改性方面。经BET比表面积测定仪测定得出:金属铁铜复合改性砂比表面积为0.959, 较普通石英砂增加8. 96倍,比普通石英砂具有更大的吸附容量,解决了传统改性石英砂滤 料吸附容量不足的问题。
[0036] (2)本发明的改性剂组合在氧化过程当中相互作用,使得铁铜氧化物复合改性石 英砂的附着强度提高,表面金属脱附率降低。另外,此改性砂能有效去除水中的磷,去除率 为71. 5%~96. 23%。解决了传统改性滤料对污染物质去除能力及种类有限的问题。
[0037] (3)金属氧化物复合改性砂表面包覆着金属氧化物Fe203和CuO, Fe 3+和Cu 2+增加 了普通石英砂表面的正电性,对水中负电性的有机污染物、超标离子和无机物等有很强的 物理、化学作用的吸附能力。
[0038] (4)经静态吸附实验得出:在吸附达到平衡时,金属复合氧化物改性砂对腐植 酸的去除率为96. 58%,而普通石英砂对腐殖酸的去除率仅为28. 72%,去除率提高了 67. 86%〇
[0039] (5)另外,本发明的制作成本低,投资费用低,便于工业化生产。
【附图说明】
[0040] 图1为金属氧化物复合改性石英砂的制备流程图。
[0041] 图2为金属氧化物复合改性砂的实物图。
[0042] 图3为普通石英砂和金属氧化物复合改性砂扫描电镜图;a未改性的砂子表明 (5000倍),b金属氧化物复合改性砂表面(5000倍),c金属氧化物复合改性砂表面(10000 倍)。
[0043] 图4为金属氧化物复合改性砂静态吸附试验对腐植酸的去除效果。
[0044] 图5为不同滤料静态吸附试验对腐植酸的去除效果。
[0045] 图6为金属氧化物复合改性砂静态吸附试验对磷的去除效果。
[0046] 图7为不同滤料静态吸附试验对磷的去除效果。
【具体实施方式】
[0047] 以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明,但实施例并不对本发明 做任何形式的限定。
[0048] 除非特别说明,本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设 备。
[0049] 除非特别说明,
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