一种免烧结改性粉煤灰陶粒的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种免烧结改性粉煤灰陶粒的制备方法，将其应用于去除雨水径流中的磷，降低水体富营养化风险，属面源污染控制中雨水径流处理技术领域。
[0002]
【背景技术】
[0003]近几十年以来，随着我国城市化的快速发展，城市内涝及雨水径流中磷等污染导致的水体富营养化等问题日趋严峻。水体中磷的含量与其富营养化有直接关系，当水体中的总磷浓度大于0.02mg/L时，该水体即处于富营养化状态，水体富营养化会严重破坏水体环境，危害水生生物的成长。依照Liebig最小因子定律，磷被认为是引起水体富营养化的主因素。张媛对兰州的地表径流中总磷的浓度进行监测，结果显示:兰州地表径流中总磷的平均浓度为1.16mg/L，远高于我国地表五类水的质量标准(总磷<0.4mg/L)。因此必须采取必要的技术手段，对城市降雨径流中的磷污染进行控制，以达到减轻水体富营养化的目的，对环境保护，造福人类具有重要的意义。
[0004]面源污染的吸附处理是一种简便、有效、工艺简单、成本低的方法，此法的关键技术在于吸附材料，一种好的吸附材料应具有比表面积大、强度高、吸附性能好、易于制备且成本低廉等优点。
[0005]粉煤灰是我国排放量最大的工业固体废弃物，它的堆放占用土地，污染环境。粉煤灰的矿物成分和多孔结构使其具有一定的吸附性能，可直接用作废水处理的基质，但粉煤灰本身的吸附容量和吸附效率并不高，对粉煤灰进行改性处理和造粒处理是提高其吸附容量和吸附效率的一种有效方法之一。目前的改性方法主要有碱改性、酸改性、粉煤灰合成沸石、离子改性等。曹守坤选用HCl、Na0H、Al2(S04)3和FeCl3四种不同类型改性剂对粉煤灰进行湿法浸渍改性后用于处理含磷废水，结果表明，经FeCl3改性后的粉煤灰的磷去除率最高可达99%，而经NaOH改性后的去除率最低仅有69%，经HCl改性后的去除率有70%，粉煤灰的盐(FeCl3)改性效果明显优于粉煤灰的酸改性和碱改性，但FeCl3改性后的粉煤灰在处理水的时候会有较多的Fe3+离子溶出使水质偏黄，对水造成二次污染。稀土元素外层含有不饱和电子层的特殊结构，具有优良的物理化学性能，稀土元素作为掺杂材料或者改性剂应用于水处理领域的研究大多处于实验室阶段。镧系元素由于其成本较其他稀土元素低，零电荷点高于较高，已成为目前吸附改性剂应用最广的稀土元素。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种磷吸附能力强、吸附容量高、环境友好型的免烧结改性粉煤灰陶粒及其在面源污染处理中的应用。所述粉煤灰改性方法简单，成本低廉，可有效去除雨水径流中的磷，降低水体富营养化风险。
[0007]基于上述目的的本发明提供了一种免烧结改性粉煤灰陶粒的制备方法:
(I)改性剂的配制:在蒸馏水中加入氯化镧即LaCl3，使氯化镧质量浓度为0.5%，添加氢氧化钠，调节PH至9。
[0008](2 )粉煤灰的镧改性:在每1 OmL步骤(I )得到的改性剂中，添加5 g粉煤灰，以300rpm/min的转速搅拌8h，用蒸馈水反复冲洗至中性，在烘箱100 °C烘干，自然冷却，过120目筛。
[0009](3)改性粉煤灰免烧结造粒:免烧结粉煤灰陶粒的最佳制备配方是:将氯化镧改性粉煤灰、水泥、膨胀珍珠岩、激发剂和硅酸钠按照6: 2:1:1:1的质量比混合均匀，得到混合料;加水调配，得到含水混合料，水和混合料的质量比为9:25。
[0010]所述步骤(3)中的激发剂由NaOH与CaO按1:1的重量比混合制得，激发剂可以进一步的提尚粉煤灰的吸附性能。
[0011 ]所述免烧结改性粉煤灰陶粒的应用为:将所述的免烧结改性粉煤灰陶粒应用于处理雨水径流中的磷污染。具体为:将免烧结改性粉煤灰陶粒按照投加量为10g/L加入到雨水径流中，振荡大约30分钟。
[0012]本发明的有益效果:
1.粉煤灰是我国排放量最大的工业固体废弃物，它的堆放占用土地，污染环境。将粉煤灰进行改性并免烧结造粒，用于雨水径流中磷元素的去除，有利于环境保护。
[0013]2.本发明所述的改性对雨水径流中磷元素有良好的去除效果，且破碎率与磨损率之和、含泥量、盐酸可溶率、孔隙率和比表面积均满足国家标准《轻骨料测试方法进行》(GB 2842—817)和行业标准《水处理用人工陶粒滤料》(CJ/T 299—2008)，其中比表面积值为3.96\1040112/^，数值远远高于国家标准值0.5\1040112/^0
[0014]3.本发明一种利用免烧结改性粉煤灰陶粒对雨水径流磷元素的去除方法简单易行、成本耗费低、去除效果好，具有较好的应用价值。
[0015]
【附图说明】
[0016]附图1是免烧结氯化镧改性粉煤灰陶粒的制备流程图；
附图2a是粉煤灰样品(a)扫描电镜SEM图；
附图2b是粉煤灰样品(a)能谱分析EDS图谱；
附图2c是氯化镧改性粉煤灰(b)扫描电镜SEM图；
附图2d是氯化镧改性粉煤灰(b)能谱分析EDS图谱；
附图3是雨水径流磷元素浓度为0.6mg/L，免烧结氯化镧改性粉煤灰陶粒含量为10g/L时，磷的去除率与重复试验次数的关系。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方案仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0018]免烧结改性粉煤灰陶粒的制备:
(I)改性剂的配制:在蒸馏水中加入氯化镧，使氯化镧质量浓度为0.5%，添加氢氧化钠，调节PH至9。当pH值>8.15时，镧离子开始沉淀;pH值达到9.33时，镧离子沉淀完全。吸附量在PH〈8时呈上升趋势，在pH>9以后曲线逐渐平缓。
[0019](2)粉煤灰的镧改性:在每10mL通过步骤(I)得到的改性剂中，添加5g粉煤灰，以300rpm/min的转速搅拌8h，用蒸馈水反复冲洗至中性，在烘箱100 °C烘干，自然冷却，过120目筛。从附图2中的SEM图可以看出，经氯化镧改性的粉煤灰表面出现凹痕，且附着有许多小颗粒，增大了比表面积，图中还有许多亮点，是氯化镧负载于粉煤灰上造成的;EDS图谱中可以看出，氯化镧改性粉煤灰中含有新的组成元素镧，含量为2.07%，各组成元素的含量变化并不大，说明在改性过程中，氯化镧已成功负载于粉煤灰中，含量也非常可观，由于氯化镧的附着，粉煤灰的吸附性能也得到了提高。
[0020](3)改性粉煤灰免烧结造粒:免烧结粉煤灰陶粒的最佳制备配方是:将氯化镧改性粉煤灰、水泥、膨胀珍珠岩、激发剂和硅酸钠按照6: 2:1:1:1的质量比混合均匀，得到混合料。加水调配，得到含水混合料，水和混合料的质量比为9:25。均匀地将含水混合料加入到造粒机中，直至产生的免烧结粉煤灰陶粒直径大于5mm。其中水泥的添加可以腐蚀改性粉煤灰的表面，提高其比表面积;膨胀珍珠岩使材料的密度降低;激发剂进一步的提高粉煤灰的吸附性能;硅酸钠可增加材料的耐酸性，提高其在酸性雨水径流中的适用性。
[0021 ]所述免烧结改性粉煤灰陶粒的应用为:将所述的免烧结改性粉煤灰陶粒应用于处理雨水径流中的磷污染。具体为:将免烧结改性粉煤灰陶粒按照投加量为10g/L加入到雨水径流中，振荡大约30分钟。
[0022]所制备的新型免烧结粉煤灰陶粒表面粗糙，比表面积大，空隙率高，抗酸雨能力强，各项性能指标均符合国家标准《轻骨料测试方法进行》(GB 2842—817)和行业标准《水处理用人工陶粒滤料》(CJ/T 299—2008)，其中比表面积值为3.96 X 104cm2/g，数值远远高于国家标准值0.5 X 104cm2/g，此免烧结粉煤灰陶粒的吸附性能也完全满足雨水径流除磷需要。当模拟雨水径流浓度为0.6mg/L时，10g/L的免烧结改性粉煤灰陶粒能吸附约91.91%的磷元素，其吸附容量约为5.54mg/g以上。
【主权项】
1.一种免烧结改性粉煤灰陶粒的制备方法，其特征在于: (I)改性剂的配制:在蒸馏水中加入氯化镧，使氯化镧质量浓度为0.5%，添加氢氧化钠，调节PH至9; (2 )粉煤灰的镧改性:在每1 O m L通过步骤(I )得到的改性剂中，添加5 g粉煤灰，以300rpm/min的转速搅拌8h，用蒸馈水反复冲洗至中性，在烘箱100 °C烘干，自然冷却，过120目筛； (3)改性粉煤灰免烧结造粒:免烧结改性粉煤灰陶粒的最佳制备配方是:将氯化镧改性粉煤灰、水泥、膨胀珍珠岩、激发剂和硅酸钠按照6: 2:1:1:1的质量比混合均匀，得到混合料，加水调配，得到含水混合料，水和混合料的质量比为9:25;将含水混合料置于造粒机中，进行改性粉煤灰陶粒的免烧结造粒;所述免烧结改性粉煤灰陶粒应用于去除雨水径流中磷。2.根据权利要求1所述的一种免烧结改性粉煤灰陶粒的制备方法，其特征在于:所述步骤(3冲的激发剂由NaOH与CaO按1:1的重量比混合制得。3.—种免烧结改性粉煤灰陶粒的制备及其应用，其特征在于:所述的免烧结改性粉煤灰陶粒应用于处理雨水径流中的磷污染，具体为:将免烧结改性粉煤灰陶粒按照投加量为1g/L加入到径流雨水中，振荡大约30分钟。
【专利摘要】一种免烧结改性粉煤灰陶粒的制备方法及其应用，其制备方法为（1）改性剂的制备（2）粉煤灰镧改性（3）改性粉煤灰免烧结造粒（4）吸附；该免烧结改性粉煤灰陶粒的制备应用于处理雨水径流中的磷污染；所述该免烧结改性粉煤灰表面粗糙，比表面积大，空隙率高，抗酸雨能力强，对雨水径流中磷的去除率高达97.9%，处理后的雨水中磷含量满足《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅰ类水标准，可应用于海绵城市建设技术中，具有良好的应用前景，属于面源污染控制中雨水径流处理技术领域。本方法的制备过程简单，成本低廉，处理效果好，并能够达到以废治废的目的。
【IPC分类】C02F1/28, C04B111/23, C04B28/26, C04B20/02, C04B18/08, C04B38/08
【公开号】CN105622043
【申请号】CN201510988333
【发明人】章茹, 刘志超, 刘学文, 李艳根
【申请人】南昌大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月24日