一种硅基废料连续吸附剂的制备方法及应用的制作方法

专利名称：一种硅基废料连续吸附剂的制备方法及应用的制作方法
技术领域：
本发明属于环境废物资源化利用与回收领域，涉及一种硅基废料连续吸附剂的制备方法及应用。
背景技术：
近年来，由于城市化工业化的迅速发展，工农业废弃物和城市生活垃圾剧增，染料、涂料、农药、化肥大量生产，大量的工业废水涌入河道，全球环境日益恶化，尤其是人类赖以生存的水体环境遭受到了严重的有机物和重金属污染，并呈加剧趋势，给社会经济和人们的生活带来了恶劣的影响。目前全球的水资源已经严重缺乏。因此，如何有效处理有机废水和重金属废水成为当今水处理亟须解决的一大难题。
目前，处理有机废水和重金属废水常用的方法是吸附法，常用的吸附剂是矿物质类，这方面的研究很多。国内专利号03110906. 3改性粉煤灰吸附剂及应用其吸附剂处理废水的方法，公开了粉煤灰添加硫酸在62、0°C进行活化处理，用于去除废水的COD和色度，硫酸浸出后主要留下娃系氧化物和娃酸盐以及石骨相。而专利号200810046661. 2 一种SiO2颗粒表面分子印迹吸附剂及其制备方法，发明公开了一种利用目标污染物基团聚合在功能单体上形成前驱体，而后制备出具有良好选择性的硅基吸附剂的方法。2007年国内《化学工程》报道了 “疏水硅沸石吸附1，3 一丙二醇的研究”，近期对有机物在硅表面的吸附理论研究也在不断完善。2011年湘潭大学任翠环在硕士论文“小分子在硅表面吸附机理的理论研究”中对此作了详细描述。2008年大连理工大学李俊宁博士学位论文“有机一无机杂化介孔硅基吸附材料的合成及应用研究”，介绍了在硅孔内部镶嵌共聚物。这些材料的优点是利用了硅基材料的优良特性提高吸附性能，缺点是对于吸附后吸附剂材料的回收及资源化循环利用缺乏有效的途径。本专利的主要特色是利用含硅资源丰富的废料如粉煤灰或天然矿物如蛋白石、硅藻土等先通过盐酸浸提活化，得到可溶性盐溶液作它用，预处理活化后的硅基吸附剂先处理有机物废水，对吸附有机物后的吸附剂进行低温固碳处理，改变表面特性，再用来处理重金属废水；吸附饱和后用盐酸使重金属解吸附，回用吸附剂的同时富集重金属离子于水中，回收后的吸附剂再用来吸附有机物，如此循环处理，可以完成有机物一重金属离子连续吸附回用以实现资源化处理的连续吸附剂的制备。

发明内容
本发明提供了一种硅基废料连续吸附剂的制备方法及其应用，实现硅基废料的资源化处理的同时回收富集了重金属。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是先按硅基废料与盐酸固液比为1:4到1:15的比例将蛋白石、粉煤灰、硅藻土加入到浓度为l-5mol/L的盐酸溶液中，在温度为65-95°C搅拌反应1_4小时，然后洗涤至洗脱液为中性，过滤，干燥，对得到的活化固体材料用50-120目的筛分，得到吸附剂A。
将吸附剂A按吸附剂与有机物废水固液比为1:500-1500的比例加入到废水中搅拌，当达到吸附饱和后，固液分离，吸附饱和后的吸附剂A在不高于80°C干燥，然后在200-350°C保持热处理2-4小时，热处理时氧气质量分数在O. 1%_21%之间，自然冷却，得到一种新的固碳材料，即硅基废料连续吸附剂B，密封保存。将硅基废料连续吸附剂B按吸附剂与重金属废水固液比为1:800-1400的比例加入到废水中搅拌，当达到吸附饱和后，固液分离，硅基废料连续吸附剂用O. 1-0. 8mol/L的盐酸溶液洗脱，以循环回用吸附剂。本发明的有益效果是硅基废料利用有机废水中的有机物作为碳源，先吸附一种有机物分子，然后在固碳热处理过程中改变硅基废料表面性质，从而增强硅基废料吸附剂对重金属的去除能力，然后以洗脱的方式回用吸附剂，富集重金属，吸附剂进行循环回用，避免二次污染的同时实现硅基废料的资源最大化利用，符合以废治废的生命周期理念，而且，本发明发现硅基废料连续吸附剂B吸附某种特征有机物后，表现出对重金属Pb的选择性富集能力。该制备流程简单，工艺环保，成本低等，可以制备对重金属有选择性富集作用的连续吸附剂，对重金属废水的处理有积极作用。


图I本发明的工艺流程图。图2有机物分子结晶紫在蛋白石废料上吸附量随废料吸附剂热处理温度变化图。图3重金属Pb ( II )、Ni( II ) Xr (VI)在蛋白石连续吸附剂上吸附量随pH变化图。
具体实施例方式下面结合具体实施例子对本发明作进一步详细说明。实施例I :将蛋白石废料用浓度为1-5 mol/L的盐酸进行活化预处理1-4小时，筛分，得到的吸附剂A按固液比为1:1250的比例在15°C、20°C、30°C和40°C下与50mg/L的结晶紫溶液在130rpm的转速下充分混合90min，吸附剂A在30°C获得最大吸附量58. 67mg/g,并且不同热处理后的废料由于表面活性羟基的变化表现出不同的结晶紫吸附性能，热处理4h，随热处理温度的增加(300-700°C)，吸附量减少。如图2所示。实施例2:250°C固碳热处理得到的蛋白石连续吸附剂B按固液比为1:1250的比例加入到Pb( II )、Ni ( II )、Cr( VI)重金属溶液中，在室温下以130rpm的搅拌速度充分混合，其中吸附剂B表现出对Pb( II )的选择吸附作用，在30min内达到吸附平衡。在同一实验条件下，当重金属浓度为30mg/L时，吸附剂B在室温下对Pb( II )、Ni ( II )、Cr ( VI)的最大吸附量分别为20. 92mg/g, I. 13mg/g,0. 03mg/g(如图3所示);吸附重金属后的吸附剂B用
O.2mol/L的盐酸溶液洗脱，Pb ( II )的回收率在75%，吸附剂B可以循环回用。
权利要求
1.一种硅基废料连续吸附剂的制备方法及其应用，其特征包括如下步骤步骤I :硅基废料在65-95°C下用盐酸进行浸提活化处理，趁热用去离子水洗至中性，干燥，对得到的活化固体材料用50-120目的筛分，得到吸附剂A ;硅基废料与盐酸溶液的固液比为1:4到1:15 ；步骤2 :吸附剂A在机械搅拌下与有机物溶液充分混合，达到吸附饱和后，固液分离，吸附饱和后的吸附剂A在不高于80°C干燥；步骤3 :饱和吸附有机物后的吸附剂A进行固碳热处理，处理温度为200-350°C，得到一种新的表面固碳材料，即硅基废料连续吸附剂B。
2.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，所述的硅基废料是蛋白石、粉煤灰、娃藻土。
3.根据权利要求I或2所述的制备方法，其特征在于，步骤I中的盐酸浓度为1-5mol/L,活化时间为1-4小时。
4.根据权利要求I或2所述的制备方法，其特征在于，步骤2吸附剂与有机物溶液的固液比为 1:500-1500。
5.根据权利要求I或2所述的制备方法，其特征在于，步骤3中热处理氧气质量百分数为O. 1%_21%，热处理时间为2-4小时。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2吸附剂与有机物溶液的固液比为 1:500-1500。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤3中热处理氧气质量百分数为O.1%_21%，热处理时间为2-4小时。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤3中热处理氧气质量百分数为O.1%_21%，热处理时间为2-4小时。
9.权利要求I、2、6、7或8所述的方法制备的硅基废料连续吸附剂的应用，其特征在于，硅基废料连续吸附剂与重金属溶液的固液比为1:800-1400，吸附后采用O. 1-0. 8mol/L盐酸洗脱并回收富集重金属。
10.权利要求3所述的方法制备的硅基废料连续吸附剂的应用，其特征在于，硅基废料连续吸附剂与重金属溶液的固液比为1:800-1400，吸附后采用O. 1-0. 8mol/L盐酸洗脱并回收富集重金属。
全文摘要
本发明属于资源回收利用技术领域，涉及一种硅基废料连续吸附剂的制备方法及其应用。其特征是利用含硅资源丰富的废料先用盐酸以固液比为1:4到1:15的比例在65-95℃进行活化预处理1-4小时，活化后的硅基吸附剂材料用来吸附某种特征有机物分子，然后在200-350℃进行固碳热处理2-4小时，热处理氧气质量百分数在0.1%-21%，从而制得的硅基废料连续吸附剂B。从废水中绑缚重金属后用盐酸进行解吸，重金属富集于水中，回收后的吸附剂再用来吸附有机物，如此循环利用。本发明的连续吸附剂对重金属Pb的选择性富集能力，制备方法简单，工艺环保，在避免二次污染的同时实现硅基废料的最大资源化利用，对废水的处理有积极作用。
文档编号B01J20/20GK102908987SQ20121035038
公开日2013年2月6日 申请日期2012年9月19日 优先权日2012年9月19日
发明者马伟, 宋小燕, 王刃, 徐军, 程子洪, 吕腾飞 申请人:大连理工大学