专利名称：铁基超细粉体复合材料改性制备吸附材料的方法
技术领域：
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种在污水处理中具有吸附作用的吸附剂的制备方法。
背景技术：
染料废水多以芳香基团(萘、蒽、醌等)为母体形式存在，有机物浓度高且色度高(高达500万倍)，排放量大、难以降解。染料废水脱色的研究方兴未艾，随着经济发展，新染料的品种不断增长，而针对于染料废水所研制的脱色工艺也不断发展。吸附法一直是最重要的水处理方法之一，广泛应用于各种废水处理中。由于吸附剂均不溶于水，比表面积大、吸附容量高。吸附剂与吸附质间的吸附反应十分迅速，且吸附反应仅在固体表面发生，无进一步的化学反应，一般不会给处理对象引入新的化学物质。同 时，采用吸附法去除水中污染物不需要添加其他药剂，反应速度快，处理效率高，易于操作且适用性广。常用的吸附剂包括活性炭、树脂、天然矿物(粘土、矿石、煤灰等)，传统吸附剂针对典型的废水处理具有相应的优点，有一定的处理效果，但使用时也存在相应技术上的缺陷。活性炭吸附容量大、吸附效率高，但难以再生，适合于废水的深度处理；离子交换树脂虽然可再生性良好，能重复使用但生产成本过高；硅藻土价格低廉，由于吸附容量小使得其应用范围十分局限。随着吸附工艺不断优化，吸附法在水处理中的应用前景将更加广阔，因此，开发高效便宜的吸附剂具有十分重要的科学研究意义。棕刚玉渣来源于炼钢工业过程中产生的固体废渣，来源广泛，产生量大，但其利用率不高，更多的是大量堆积，污染环境。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁基超细粉体复合材料改性制备吸附材料的方法，该吸附材料能有效的吸附水中带色物质，吸附容量大，成本低。为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是，铁基超细粉体复合材料改性制备吸附材料的方法，其特征在于，它包含如下步骤
①将棕刚玉渣破碎后经100 200目筛选后置于80°C 150°c恒温干燥箱内干燥2 4h，冷却至室温后备用；膨润土经100 200目筛选后置于80°C 150°C恒温干燥箱内干燥2 4h,冷却至室温后备用；
②将步骤①处理得到的棕刚玉渣和膨润土，按膨润土的添加量为棕刚玉渣和膨润土质量之和的5 15% [(m/m) X 100% :膨润土质量/棕刚玉渣和膨润土质量之和加入到球磨罐中，球料比(m/m :磨球质量/棕刚玉渣和膨润土质量之和)为8 :1 16 :1 ;在加入无水乙醇，配制成浓度为10wt% 40wt%的衆料；
③将步骤②中加好浆料的球磨罐置于星式球磨机中，预先设定的球磨时间为0.5 3h ;转速为300 600rpm进行球磨，得到球磨后的浆料；④将步骤③中球磨后的浆料倒出，过滤’将过滤后的产物清洗,真空抽滤,然后取滤饼干燥、研磨，过筛后，得到吸附材料(改性产品，粒径为5 u m左右)，滤液回收。步骤③中清洗是将过滤后的产物用乙醇清洗2-5次。步骤③中真空抽滤是经循环水式真空泵真空抽滤过滤浆料。步骤③中干燥是取滤饼置于80 100°C恒温干燥箱内干燥2 4h。步骤③中过筛是过100 200目的筛。所述步骤①中，将棕刚玉渣用小型粉碎机对原料渣进行破碎，过筛，去除石子、沙粒等杂质，再将过筛后的棕刚玉渣置于数显鼓风干燥机内恒温干燥，取出置于干燥器中冷却后备用；将膨润土过筛，去除大颗粒物，再将膨润土置于数显鼓风干燥机内恒温干燥，取出置于干燥器中冷却后备用。 所述步骤②中，无水乙醇做助磨剂，磨球为不同大小比例的玛瑙磨球。所述步骤③中，球磨罐用“0”型圈密封。将膨润土 (改性剂)对棕刚玉渣粉体表面进行改性，制成吸附剂，具有孔隙结构发达，在水中易分散，比表面积大等优点；且铁基超细粉体本身具有磁性，克服了其他材料如活性炭材料等在实际应用中分离困难、易堵塞筛网、易流失等缺点。更由于原材料成本低，使得应用在处理高色度的染料废水时具有强大的优势。机械力化学法作为新材料制备技术之一，是一种粉体表面改性方法，适合流动性改性剂对粉体颗粒的包覆，具有改性时间短、工艺简单能连续批量生产，同时改性过程易控制，操作管理简单使得其在微米级粉体的包覆中具有很强的适应性。棕刚玉渣回收利用后，通过对其进行改性使用机械力化学法制成吸附材料，将其应用于染料废水的处理中十分高效，填补了国内的空白。相对于现有方法，本发明的有益效果是
I)该吸附材料能有效的吸附水中带色物质，吸附容量大，使用寿命长。通过活性染料废水脱色试验获知，改性后的吸附材料提高了脱色率，可达95%以上。2)成本低。①所采用的主要原料之一为棕刚玉渣，原材料价格低廉，拓宽棕刚玉渣的利用领域，拓展高附加值吸附材料的原材料来源，实现废弃物资源化，以废治废，对实现循环经济和节能减排都有非常积极的作用。②首次以膨润土为改性剂，采用机械力化学湿法改性制备了铁基超细粉体复合材料，优化了工艺参数。③制备的吸附材料比商品化的活性炭粒具有吸附剂用量少、吸附时间短、pH适应
范围宽等特点。④采用“机械力化学法+湿法改性”有机结合制备吸附材料，易于回收和再利用，且采用的方法工艺简单，稳定性好，技术要求低，运行成本低，容易实现大批量生产。
图I为本发明的工艺路线简图。图2为实施例I所得到的吸附材料(膨润土改性棕刚玉渣吸附材料)XRD图谱。图3为实施例I所得到的吸附材料(膨润土改性棕刚玉渣吸附材料)SEM图谱。
图4为实施例I所得到的吸附材料(膨润土改性棕刚玉渣吸附材料)氮气脱附吸附
等温线图。
具体实施例方式为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例I
如图I所示，铁基超细粉体复合材料改性制备吸附材料的方法，它包含如下步骤①将棕刚玉渣(原料渣)破碎后经150目筛选(除杂质，用于铺路等用)，然后于80°C干燥2h，冷却至室温后，放入干燥器中备用。膨润土经150目筛选后，于80°C干燥2h，放入干燥器中备用。 ②配料将步骤①处理得到的棕刚玉渣和膨润土，按膨润土(改性剂)的添加量为棕刚玉渣和膨润土质量之和的7. 5%，取上述棕刚玉渣和膨润土置于球磨罐中；然后按球料比为14 1 (m/m :磨球质量/棕刚玉渣和膨润土质量之和)加入磨球；再加入无水乙醇配制成浓度为20 wt % (质量分数)的浆料。③球磨改性将步骤②中加好浆料的球磨罐置于球磨机中，预先设定转速为500rpm进行球磨,球磨时间为150min。④将步骤③中球磨后的浆料倒出，过滤，将过滤后的产物用乙醇清洗2-5次，经循环水式真空泵真空抽滤过滤浆料(真空抽滤)，然后取滤饼置于80°C恒温干燥箱内干燥2h ；研磨，过100目的筛选后，得到吸附材料(改性产品，或称为膨润土改性棕刚玉渣吸附材料，粒径为5 ii m左右)，滤液回收。本实施例所得到的膨润土改性棕刚玉渣吸附材料的XRD图谱如图2所示，图2说明膨润土层间结构被机械力作用破坏，Fe2O3的晶体趋于无定化。杂质峰也相对减弱，表明膨润土改性进行的较为完全。本实施例所得到的膨润土改性棕刚玉渣吸附材料的SEM图谱如图3所示，图3说明机械力活化作用制得的铁基超细粉体复合材料改性材料，平均粒径由I Pm减小至0.5 左右，颗粒间存在的孔隙和通道较多，有利于对吸附质的吸附。本实施例所得到的膨润土改性棕刚玉渣吸附材料的氮气脱附吸附等温线如图4所示，图4说明当相对压力P/PP0. 45时，开始出现脱附现象，有明显的吸附一脱附滞后环，N2在孔道中的毛细凝聚吸附量已达饱和，主要是由于骨架形成的介孔内产生毛细管凝聚的缘故，说明材料内部存在着中孔和大孔。应用实例I
按照与实施例I相同的方法制得吸附材料。以蒽醌类活性染料工业废水(色度约为15000)为例，吸附材料的添加量为4g/L，加硫酸调节pH为6，在30°C条件下恒温振荡15min,吸附去除染料废水中的色度，经沉淀后废水达到预期的处理效果(处理效率>95%)。说明了能有效的吸附水中带色物质，吸附容量大。应用实例2
按照与应用实例I相同的方法，不同的是，吸附材料的添加量为3g/L，加硫酸调节pH为3，在25°C条件下恒温振荡15min，吸附去除染料废水中的色度，经沉淀后废水达到预期处理效果(处理效率>95%)。说明了能有效的吸附水中带色物质，吸附容量大。随着球料比、球磨时间、球磨转速和浆料浓度的增大，铁基超细粉体复合材料改性制备吸附材料的湿润角呈现逐渐减小的趋势，即吸附材料表面润湿性很好，有利于实现膨润土对棕刚玉渣的包覆，机械力化学活化改性改变了材料表面特性，使其具有良好的润湿性能，并表现较好的吸附性能。实施例2
按照与实施例I相同的方法制得吸附材料(改性样品)，不同的是，改变膨润土的添加量为8% (m/m :膨润土质量/棕刚玉渣和膨润土质量之和)，球料比为12 :1，转速为400rpm，球磨时间为120min，球磨后处理得到改性样品。应用实例3
按照与实施例2相同的方法制得吸附材料。以蒽醌类活性染料工业废水(色度约为15000)为例，吸附材料的添加量为4g/L，加硫酸调节pH为6，在30°C条件下恒温振荡15min,吸附去除染料废水中的色度，经沉淀后废水达到预期的处理效果(处理效率>95%)。说明了能有效的吸附水中带色物质，吸附容量大。实施例3
按照与实施例I相同的方法制得吸附材料，不同的是，改变膨润土的添加量为8. 5%(m/m:膨润土质量/棕刚玉渣和膨润土质量之和)，球料比为12 :1，转速为500rpm，球磨时间为90min,球磨后处理得到改性样品。应用实例4
按照与实施例3相同的方法制得吸附材料(改性样品)。以蒽醌类活性染料工业废水(色度约为15000)为例，吸附材料的添加量为4g/L，加硫酸调节pH为6，在30°C条件下恒温振荡15min，吸附去除染料废水中的色度，经沉淀后废水达到预期的处理效果(处理效率>95%)o说明了能有效的吸附水中带色物质，吸附容量大。实施例4
如图I所示，铁基超细粉体复合材料改性制备吸附材料的方法，它包含如下步骤①将棕刚玉渣(原料渣)破碎后经100目筛选(除杂质，用于铺路等用)，然后于120°C干燥2h，冷却至室温后，放入干燥器中备用。膨润土经100目筛选后，于120°C干燥2h，放入干燥器中备用。②配料将步骤①处理得到的棕刚玉渣和膨润土，按膨润土(改性剂)的添加量为棕刚玉渣和膨润土质量之和的5%，取上述棕刚玉渣和膨润土置于球磨罐中；然后按球料比为8 :1 (m/m :磨球质量/棕刚玉渣和膨润土质量之和)加入磨球；再加入无水乙醇配制成浓度为10 wt % (质量分数)的浆料。③球磨改性将步骤②中加好浆料的球磨罐置于球磨机中，预先设定转速为300rpm进行球磨,球磨时间为30min。④将步骤③中球磨后的浆料倒出，过滤，将过滤后的产物用乙醇清洗2-5次，经循环水式真空泵真空抽滤过滤浆料(真空抽滤)，然后取滤饼置于80°C恒温干燥箱内干燥2h ；研磨，过100目的筛选后，得到吸附材料(改性产品，或称为膨润土改性棕刚玉渣吸附材料，粒径为5 ii m左右)，滤液回收。应用实 例5
按照与实施例4相同的方法制得吸附材料(改性产品)。以蒽醌类活性染料工业废水(色度约为15000)为例，吸附材料的添加量为4g/L，加硫酸调节pH为6，在30°C条件下恒温振荡15min，吸附去除染料废水中的色度，经沉淀后废水达到预期的处理效果(处理效率>95%)o说明了能有效的吸附水中带色物质，吸附容量大。实施例5
如图I所示，铁基超细粉体复合材料改性制备吸附材料的方法，它包含如下步骤①将棕刚玉渣(原料渣)破碎后经200目筛选(除杂质，用于铺路等用)，然后于150°C干燥4h，冷却至室温后，放入干燥器中备用。膨润土经200目筛选后，于150°C干燥4h，放入干燥器中备用。②配料将步骤①处理得到的棕刚玉渣和膨润土，按膨润土(改性剂)的添加量为棕刚玉渣和膨润土质量之和的15%，取上述棕刚玉渣和膨润土置于球磨罐中；然后按球料比为16 1 (m/m :磨球质量/棕刚玉渣和膨润土质量之和)加入磨球；再加入无水乙醇配制成浓度为40 wt % (质量分数)的浆料。③球磨改性将步骤②中加好浆料的球磨罐置于球磨机中，预先设定转速为600rpm进行球磨,球磨时间为3h。④将步骤③中球磨后的浆料倒出，过滤，将过滤后的产物用乙醇清洗2-5次，经循环水式真空泵真空抽滤过滤浆料(真空抽滤)，然后取滤饼置于100°c恒温干燥箱内干燥4h ；研磨，过200目的筛选后，得到吸附材料(改性产品，或称为膨润土改性棕刚玉渣吸附材料，粒径为5 ii m左右)，滤液回收。应用实例6
按照与实施例5相同的方法制得吸附材料(改性产品)。以蒽醌类活性染料工业废水(色度约为15000)为例，吸附材料的添加量为4g/L，加硫酸调节pH为6，在30°C条件下恒温振荡15min，吸附去除染料废水中的色度，经沉淀后废水达到预期的处理效果(处理效率>95%)o说明了能有效的吸附水中带色物质，吸附容量大。本发明所列举的工艺参数(如膨润土添加量、球磨时间、转速等)的上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
权利要求
1.铁基超细粉体复合材料改性制备吸附材料的方法，其特征在于，它包含如下步骤 ①将棕刚玉渣破碎后经100 200目筛选后置于80°C 150°c恒温干燥箱内干燥2 4h，冷却至室温后备用；膨润土经100 200目筛选后置于80°C 150°C恒温干燥箱内干燥2 4h,冷却至室温后备用； ②将步骤①处理得到的棕刚玉渣和膨润土，按膨润土的添加量为棕刚玉渣和膨润土质量之和的5 15%加入到球磨罐中，球料比为8 :1 16 :1 ;在加入无水乙醇，配制成浓度为10wt% 40wt%的衆料； ③将步骤②中加好浆料的球磨罐置于星式球磨机中，预先设定的球磨时间为0.5 3h ;转速为300 600rpm进行球磨，得到球磨后的浆料； ④将步骤③中球磨后的浆料倒出，过滤，将过滤后的产物清洗,真空抽滤,然后取滤饼干燥、研磨，过筛后，得到吸附材料，滤液回收。
2.根据权利要求I所述的铁基超细粉体复合材料改性制备吸附材料的方法，其特征在于,步骤③中清洗是将过滤后的产物用乙醇清洗2-5次。
3.根据权利要求I所述的铁基超细粉体复合材料改性制备吸附材料的方法，其特征在于，步骤③中真空抽滤是经循环水式真空泵真空抽滤过滤浆料。
4.根据权利要求I所述的铁基超细粉体复合材料改性制备吸附材料的方法，其特征在于，步骤③中干燥是取滤饼置于80 100°C恒温干燥箱内干燥2 4h。
5.根据权利要求I所述的铁基超细粉体复合材料改性制备吸附材料的方法，其特征在于，步骤③中过筛是过100 200目的筛。
全文摘要
本发明涉及一种在污水处理中具有吸附作用的吸附剂的制备方法。铁基超细粉体复合材料改性制备吸附材料的方法，其特征在于，它包含如下步骤①将棕刚玉渣破碎后经100～200目筛选后干燥；膨润土经100～200目筛选后干；②将步骤①处理得到的棕刚玉渣和膨润土，按膨润土的添加量为棕刚玉渣和膨润土质量之和的5～15%加入到球磨罐中，球料比为81～161；在加入无水乙醇，配制成浓度为10wt%～40wt%的浆料；③将步骤②中加好浆料的球磨罐置于星式球磨机中，进行球磨，得到球磨后的浆料；④过滤，清洗，抽滤，干燥；研磨，筛选，得到吸附材料，滤液回收。该吸附材料能有效的吸附水中带色物质，吸附容量大，使用寿命长，成本低。
文档编号C02F1/28GK102698708SQ201210163740
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月24日 优先权日2012年5月24日
发明者丁瑶, 刘玉, 张莉 申请人:武汉工程大学