膨润土-Fe-C复合水处理剂及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了膨润土-Fe-C复合水处理剂及其制备方法和应用，所述复合水处理剂由以下原料按重量比制得，膨润土：活性炭粉：铁粉：硫酸亚铁＝100：2～7：0.5～3：2～4.5。通过混合，加水搅拌，加氨水调节pH值，干燥，焙烧，得到复合水处理剂。本发明制备的膨润土-Fe-C复合水处理剂活性高，稳定性好，易回收，重复使用效果好，成本低廉，并且在处理废水时不用另外加酸碱，可在中性条件下直接降解废水，减少了铁粉的溶出率，降低了成本。
【专利说明】膨润土 -Fe-C复合水处理剂及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水处理剂制备领域，具体涉及膨润土 -Fe-C复合水处理剂及该水处理 剂的制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 随着现代工业技术的迅猛发展，各种难降解的有机物工业废水日益增多。许多难 降解废水在自然界中存在的时间长且含有毒物质，易在生物体内富集，使人和动物发生癌 变、畸变的机率增加。难降解废水中的印染废水等高浓度有机废水由于其色度深、结构稳 定、可生化性差，已成为较难降解的一类废水。
[0003] 传统的水处理剂活性低、回收和重复使用困难，制备工艺复杂，易造成二次污染， 并且需要在酸性或碱性条件下使用，制备成本高，难以满足净化处理在技术和经济上的要 求。因此，研究人员一直致力于制备出成本低廉、活性高、稳定性好的水处理剂。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的之一在于提供一种膨润土 -Fe-C复合水处理剂，该水处理剂活性 高，稳定性好，易回收，重复使用效果好，成本低廉，并且在处理废水时不用另外加酸碱，可 在中性条件下直接降解废水，减少了铁粉的溶出率，降低了药剂使用成本；本发明的目的之 二在于提供上述复合水处理剂的制备方法，该方法操作步骤简单，更好地满足了净化处理 在技术和经济上的要求；本发明的目的之三在于提供上述复合水处理剂在难降解有机废水 处理中的应用。
[0005] 为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
[0006] 1、膨润土 -Fe-C复合水处理剂的制备方法，包括如下步骤：
[0007] (1)将原料混匀后研磨成均一的混合粉末，所述原料按重量比为膨润土：活性炭 粉：铁粉：硫酸亚铁=100 :2?7 :0· 5?3 :2?4. 5 ;
[0008] (2)向步骤（1)制得的均一混合粉末中加水并搅拌，形成糊状物，用氨水溶液调pH 值至9?11 ;
[0009] (3)将步骤⑵制得的糊状物于60?90°C干燥6?24h，研磨，于350?600°C焙 烧2?4h，冷却，再研磨，最后制得的粉末即为所述复合水处理剂。
[0010] 优选的，所述步骤（1)中原料按重量比为膨润土：活性炭粉：铁粉：硫酸亚铁= 100 :4 :2 :3. 5〇
[0011] 优选的，所述步骤（1)中膨润土为钙基膨润土或钠基膨润土。
[0012] 优选的，所述步骤（1)中膨润土、活性炭粉和铁粉的粒度分别为150U80和100 目。
[0013] 优选的，所述步骤（2)中糊状物的pH值调节至10。
[0014] 优选的，所述步骤（3)中糊状物于80°C干燥12h。
[0015] 优选的，所述步骤（3)中焙烧温度为450°C，时间为2h。
[0016] 2、根据膨润土 -Fe-C复合水处理剂的制备方法制得的膨润土 -Fe-C复合水处理 剂。
[0017] 3、膨润土 -Fe-C复合水处理剂在难降解有机废水净化处理中的应用。
[0018] 优选的，所述复合水处理剂用于印染废水的净化处理。
[0019] 本发明的有益效果在于，所述复合水处理剂以具有较强吸附性且来源丰富、价格 低廉、对人和环境无毒害的膨润土为载体，使废水中一些细小的悬浮颗粒和有机污染物质 先吸附在膨润土上，然后再进行降解处理，从而达到净化水体的目的。另外，含有的活性炭 粉在高温焙烧时分解产生的气体会释放出来扩充水处理剂的孔隙度，增强其吸附能力。水 体净化时，水处理剂中的活性炭粉和铁粉会产生微电解作用，使废水中难降解的大分子有 机物质分解成小分子或易降解有机物，有效的提高了水处理剂对水体的净化能力。此外，在 降解废水过程中水处理剂反应产生的Fe 3+、Fe2+及其形成的水合物具有很强的吸附与絮凝 作用，从而进一步净化水体。
[0020] 用于制备水处理剂的铁粉可以是铁制品加工厂所产生的废铁粉，这样不仅可以降 低成本，还可达到以废治废的目的。并且，本发明所制备的水处理剂在处理废水时不用另外 添加酸碱，可在中性条件下直接降解废水，从而减少了铁粉的溶出率，降低了成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图：
[0022] 图1实施例1膨润土 -Fe-C复合水处理剂的红外光谱图；
[0023] 图2实施例1膨润土 -Fe-C复合水处理剂与膨润土降解直接天蓝废水的对比图；
[0024] 图3实施例1膨润土 -Fe-C复合水处理剂回收利用次数对其降解直接天蓝废水的 影响；
[0025] 图4实施例1膨润土 -Fe-C复合水处理剂与膨润土降解甲基橙废水的对比图；
[0026] 图5实施例2膨润土 -Fe-C复合水处理剂的红外光谱图；
[0027] 图6实施例2膨润土 -Fe-C复合水处理剂与膨润土降解直接天蓝废水的对比图；
[0028] 图7实施例2膨润土 -Fe-C复合水处理剂回收利用次数对其降解直接天蓝废水的 影响；
[0029] 图8实施例2膨润土 -Fe-C复合水处理剂与膨润土降解甲基橙废水的对比图；
[0030] 图9实施例3膨润土 -Fe-C复合水处理剂的红外光谱图；
[0031] 图10实施例3膨润土 -Fe-C复合水处理剂与膨润土降解直接天蓝废水的对比图；
[0032] 图11实施例3膨润土 -Fe-C复合水处理剂回收利用次数对其降解直接天蓝废水 的影响；
[0033] 图12实施例3膨润土 -Fe-C复合水处理剂与膨润土降解甲基橙废水的对比图。
【具体实施方式】
[0034] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0035] 实施例1
[0036] 1、膨润土 -Fe-C复合水处理剂的制备方法如下：
[0037] 将10g钙基膨润土（150目）、0.4g活性炭粉（180目）、0.2g铁粉（100目）和 0. 35g硫酸亚铁混匀并研磨成均一的混合粉末；向制得的均一混合粉末中加水并搅拌，使 之形成糊状物，再将质量分数为27%的氨水溶液滴加到糊状物中使其pH调至10 ;然后将其 于80°C干燥12h，研磨，于450°C焙烧2h，再研磨，制得粉末即为复合水处理剂。
[0038] 所得复合水处理剂的红外光谱图如图1所示，结构水羟基振动在3643. 35CHT1的吸 收峰较弱，表明高温焙烧有脱羟基的作用；钙基膨润土层间水合钙离子中水分子的Η-0-Η 间伸缩及弯曲振动在3440. 38CHT1和1628. 81CHT1处的吸收峰较弱，表明复合水处理剂中的 空隙数目增多，导致其吸附性更强，活性提高。其他吸收峰未对膨润土的晶体结构产生较大 的影响，表明水处理剂复合成功。
[0039] 2、用上述方法制得的复合水处理剂对直接天蓝废水进行净化处理，具体如下：
[0040] 取50mg/L直接天蓝废液100mL,加入0· 3g复合水处理剂，以100?150r/min的转 速匀速搅拌，离心分离后取上清液，于直接天蓝的最大吸收波长610nm处测吸光度；用钙基 膨润土做对照实验，采用相同方法对直接天蓝废水进行净化处理。
[0041] 复合水处理剂和钙基膨润土对直接天蓝废水降解的结果如图2所示。由图2可 知，钙基膨润土对直接天蓝废水只有吸附的作用，其加入2h后降解率只有19. 23%，而复合 水处理剂降解率高达99. 27%，比钙基膨润土的降解率提高了 80. 04%。
[0042] 3、对上述方法制得的复合水处理剂回收利用效果进行测定，方法如下：
[0043] 取50mg/L直接天蓝废液100mL,加入0· 3g复合水处理剂，以100?150r/min的转 速匀速搅拌2h，离心分离后取上清液，于直接天蓝的最大吸收波长610nm处测吸光度；将复 合水处理剂回收，高温活化，再重复前述实验。
[0044] 复合水处理剂总计重复使用6次，对50mg/L直接天蓝废液的降解结果如图3所 示。由图3可知，复合水处理剂回收利用6次依旧能够对直接天蓝废水有95 %以上的降解 率。这表明本发明所制备的复合水处理剂有良好的回收利用价值，可以有效降低水处理剂 的使用成本，提高经济使用价值。
[0045] 4、用上述方法制得的复合水处理剂对甲基橙废水进行净化处理，详细步骤如下：
[0046] 取20mg/L甲基橙废液lOOmL，加入0· 25g复合水处理剂，然后以120?150r/min 的转速匀速搅拌，经离心分离后取上清液于甲基橙的最大吸收波长464nm处测吸光度；用 钙基膨润土做对照实验，采用相同方法对甲基橙废水进行净化处理。
[0047] 复合水处理剂和钙基膨润土对20mg/L甲基橙废水降解的结果如图4所示。由图 4可知，钙基膨润土对甲基橙废水只有吸附的作用，其加入2h后降解率只有18. 91 %，而复 合水处理剂2h的降解率为99. 15%，与钙基膨润土相比，降解率提高了 80. 24%。
[0048] 实施例2
[0049] 1、膨润土 -Fe-C复合水处理剂的制备方法如下：
[0050] 将10g钙基膨润土（150目）、0· 2g活性炭粉（180目）、0· 3g铁粉（100目）和0· 2g 硫酸亚铁混匀并研磨成均一的混合粉末；向制得的均一混合粉末中加水并搅拌，使之形成 糊状物，再将质量分数为25%的氨水溶液滴加到糊状物中使其pH调至9 ;然后将其于60°C 干燥24h，研磨，于350°C焙烧4h，再研磨，制得粉末即为复合水处理剂。
[0051] 所得复合水处理剂的红外光谱图如图5所示，结构水羟基振动在3643. 35CHT1的吸 收峰较弱，表明高温焙烧有脱羟基的作用；钙基膨润土层间水合钙离子中水分子的Η-0-Η 间伸缩及弯曲振动在3440. 38CHT1和1628. 81CHT1处的吸收峰较弱，表明复合水处理剂中的 空隙数目增多，导致其吸附性更强，活性提高。其他吸收峰未对膨润土的晶体结构产生较大 的影响，表明水处理剂复合成功。
[0052] 2、用上述方法制得的复合水处理剂对直接天蓝废水进行净化处理，具体如下：
[0053] 取50mg/L直接天蓝废液100mL，加入0. 3g复合水处理剂，以100?150r/min的转 速匀速搅拌，离心分离后取上清液，于直接天蓝的最大吸收波长610nm处测吸光度；用钙基 膨润土做对照实验，采用相同方法对直接天蓝废水进行净化处理。
[0054] 复合水处理剂和钙基膨润土对直接天蓝废水降解的结果如图6所示。由图6可 知，钙基膨润土对直接天蓝废水只有吸附的作用，其加入2h后降解率只有19. 23%，而复合 水处理剂降解率高达66. 25%，比钙基膨润土的降解率提高了 47. 02%。
[0055] 3、对上述方法制得的复合水处理剂回收利用效果进行测定，方法如下：
[0056] 取50mg/L直接天蓝废液lOOmL，加入0. 3g复合水处理剂，以100?150r/min的转 速匀速搅拌2h，离心分离后取上清液，于直接天蓝的最大吸收波长610nm处测吸光度；将复 合水处理剂回收，高温活化，再重复前述实验。
[0057] 复合水处理剂总计重复使用6次，对50mg/L直接天蓝废液的降解结果如图7所 示。由图7可知，复合水处理剂回收利用6次依旧能够对直接天蓝废水有58 %以上的降解 率。这表明本发明所制备的复合水处理剂有良好的回收利用价值，可以有效降低水处理剂 的使用成本，提高经济使用价值。
[0058] 4、用上述方法制得的复合水处理剂对甲基橙废水进行净化处理，详细步骤如下：
[0059] 取20mg/L甲基橙废液lOOmL，加入0· 25g复合水处理剂，然后以120?150r/min 的转速匀速搅拌，经离心分离后取上清液于甲基橙的最大吸收波长464nm处测吸光度；用 钙基膨润土做对照实验，采用相同方法对甲基橙废水进行净化处理。
[0060] 复合水处理剂和钙基膨润土对20mg/L甲基橙废水降解的结果如图8所示。由图 8可知，钙基膨润土对甲基橙废水只有吸附的作用，其加入2h后降解率只有18. 91%，而复 合水处理剂2h的降解率为61. 13%，与钙基膨润土相比，降解率提高了 42. 22%。
[0061] 实施例3
[0062] 1、膨润土 -Fe-C复合水处理剂的制备方法如下：
[0063] 将10g钠基膨润土（150目）、0· 7g活性炭粉（180目）、0· 05g铁粉（100目）和 0. 45g硫酸亚铁混匀并研磨成均一的混合粉末；向制得的均一混合粉末中加水并搅拌，使 之形成糊状物，再将质量分数为28%的氨水溶液滴加到糊状物中使其pH调至11 ;然后将其 于90°C干燥6h，研磨，于600°C焙烧2h，再研磨，制得粉末即为复合水处理剂。
[0064] 所得复合水处理剂的红外光谱图如图9所示，结构水羟基振动在3643. 35CHT1的吸 收峰较弱，表明高温焙烧有脱羟基的作用；钠基膨润土层间水合钠离子中水分子的Η-0-Η 间伸缩及弯曲振动在3440. 38CHT1和1628. 81CHT1处的吸收峰较弱，表明复合水处理剂中的 空隙数目增多，导致其吸附性更强，活性提高。其他吸收峰未对膨润土的晶体结构产生较大 的影响，表明水处理剂复合成功。
[0065] 2、用上述方法制得的复合水处理剂对直接天蓝废水进行净化处理，具体如下：
[0066] 取50mg/L直接天蓝废液lOOmL，加入0. 3g复合水处理剂，以100?150r/min的转 速匀速搅拌，离心分离后取上清液，于直接天蓝的最大吸收波长610nm处测吸光度；用钠基 膨润土做对照实验，采用相同方法对直接天蓝废水进行净化处理。
[0067] 复合水处理剂和钠基膨润土对直接天蓝废水降解的结果如图10所示。由图10可 知，钠基膨润土对直接天蓝废水只有吸附的作用，其加入2h后降解率只有17. 24%，而复合 水处理剂降解率高达76. 23%，比钠基膨润土的降解率提高了 58. 99%。
[0068] 3、对上述方法制得的复合水处理剂回收利用效果进行测定，方法如下：
[0069] 取50mg/L直接天蓝废液lOOmL，加入0. 3g复合水处理剂，以100?150r/min的转 速匀速搅拌2h，离心分离后取上清液，于直接天蓝的最大吸收波长610nm处测吸光度；将复 合水处理剂回收，高温活化，再重复前述实验。
[0070] 复合水处理剂总计重复使用6次，对50mg/L直接天蓝废液的降解结果如图11所 示。由图11可知，复合水处理剂回收利用6次依旧能够对直接天蓝废水有65 %以上的降解 率。这表明本发明所制备的复合水处理剂有良好的回收利用价值，可以有效降低水处理剂 的使用成本，提高经济使用价值。
[0071] 4、用上述方法制得的复合水处理剂对甲基橙废水进行净化处理，详细步骤如下：
[0072] 取20mg/L甲基橙废液lOOmL，加入0· 25g复合水处理剂，然后以120?150r/min 的转速匀速搅拌，经离心分离后取上清液于甲基橙的最大吸收波长464nm处测吸光度；用 钠基膨润土做对照实验，采用相同方法对甲基橙废水进行净化处理。
[0073] 复合水处理剂和钠基膨润土对20mg/L甲基橙废水降解的结果如图12所示。由图 12可知，钠基膨润土对甲基橙废水只有吸附的作用，其加入2h后降解率只有16. 47 %，而复 合水处理剂2h的降解率为68. 51%，与钠基膨润土相比，降解率提高了 52. 04%。
[0074] 最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通 过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在 形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【权利要求】
1. 膨润土 -Fe-C复合水处理剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 将原料混匀后研磨成均一的混合粉末，所述原料按重量比为膨润土：活性炭粉：铁 粉：硫酸亚铁=100 :2?7 :0· 5?3 :2?4. 5 ; (2) 向步骤（1)制得的均一混合粉末中加水并搅拌，形成糊状物，用氨水溶液调pH值至 9 ?11 ; (3) 将步骤⑵制得的糊状物于60?90°C干燥6?24h，研磨，于350?600°C焙烧 2?4h，冷却，再研磨，最后制得的粉末即为所述复合水处理剂。
2. 根据权利要求1所述膨润土-Fe-C复合水处理剂的制备方法，其特征在于，所述步骤 (1)中原料按重量比为膨润土：活性炭粉：铁粉：硫酸亚铁=100 :4 :2 :3. 5。
3. 根据权利要求1或2所述膨润土 -Fe-C复合水处理剂的制备方法，其特征在于，所述 步骤（1)中膨润土为钙基膨润土或钠基膨润土。
4. 根据权利要求1或2所述膨润土 -Fe-C复合水处理剂的制备方法，其特征在于，所述 步骤（1)中膨润土、活性炭粉和铁粉的粒度分别为150、180和100目。
5. 根据权利要求1或2所述膨润土 -Fe-C复合水处理剂的制备方法，其特征在于，所述 步骤⑵中糊状物的pH值调至10。
6. 根据权利要求1或2所述膨润土 -Fe-C复合水处理剂的制备方法，其特征在于，所述 步骤（3)中糊状物于80°C干燥12h。
7. 根据权利要求1或2所述膨润土 -Fe-C复合水处理剂的制备方法，其特征在于，所述 步骤（3)中焙烧温度为450°C，时间为2h。
8. 由权利要求1-7任一项所述膨润土 -Fe-C复合水处理剂的制备方法制得的膨润 土 -Fe-C复合水处理剂。
9. 权利要求8所述膨润土 -Fe-C复合水处理剂在难降解有机废水净化处理中的应用。
10. 根据权利要求9所述膨润土 -Fe-C复合水处理剂在难降解有机废水净化处理中的 应用，其特征在于，所述难降解有机废水为印染废水。
【文档编号】C02F1/52GK104045130SQ201410284915
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月23日 优先权日:2014年6月23日
【发明者】刘鸿, 宋诚, 王川, 梁钊健, 谭舟见 申请人:中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 广东健舟环保股份有限公司