一种基于煤矸石改性吸附材料及其制备方法与应用

1.本发明涉及选矿与冶金废水的处理及其应用技术领域，尤其涉及一种基于煤矸石改性吸附材料及其制备方法与应用。


背景技术：

2.选矿废水的排放量约占总工业废水的十分之一，如若不经过严格的净化处理，势必会对环境造成严重的影响。常规选矿废水的显著特点是：重金属含量高(cu、pb、cr等)，而早期废水处理则通过添加石灰为主要处理办法，导致如今选矿废水出现碱性强、金属离子浓度高的新难题。
3.在煤炭生产过程中，产生了一种大量的固体废弃物—煤矸石。大量的煤矸石不仅占用了宝贵的土地资源，而且长期堆放后会不断污染周边的大气、水体和土壤，严重的情况甚至造成地质灾害。最近几年，国内外均出现通过煤矸石作为吸附材料处理各类废水的报道，但是实际应用较少，特别是针对选矿领域废水的处理的相关研究极少。
4.因此，如何通过对煤矸石这一种常见固体废弃物进一步研究，针对性强的进行表面改性，制成对重金属离子吸附能力较好的吸附材料，以解决目前选矿废水重金属离子处理技术的不足，是本领域技术人员所要解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于煤矸石改性吸附材料及其制备方法与应用，以解决现有技术存在的缺陷。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
7.本发明提供了一种基于煤矸石改性吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
8.(1)将煤矸石焙烧后粉碎，再与水混匀，得到备样a；
9.(2)将羧甲基淀粉与次氮基三乙酸溶液混匀，得到备样b；
10.(3)将备样a与备样b混匀后进行反应，即得基于煤矸石改性吸附材料；
11.所述步骤(1)与步骤(2)没有先后顺序。
12.优选的，所述步骤(1)焙烧的温度为700～800℃，焙烧的时间为2～3h。
13.优选的，所述步骤(1)煤矸石焙烧前的粒径≤100目，焙烧后粒径粉碎至≤200目。
14.优选的，所述备样a的固液比为1:10～20。
15.优选的，所述步骤(2)羧甲基淀粉与次氮基三乙酸溶液的质量比为1:15～20。
16.优选的，所述步骤(2)次氮基三乙酸溶液为质量浓度5～10％的次氮基三乙酸水溶液。
17.优选的，所述步骤(3)中备样a与备样b的质量比为1:5～10。
18.优选的，所述步骤(3)反应的时间为2～3h，反应的温度为室温。
19.本发明还提供了一种由上述制备方法制备得到的基于煤矸石改性吸附材料。
20.本发明还提供了一种基于煤矸石改性吸附材料吸附选矿废水中重金属离子的应
用，所述重金属离子为铜离子、铅离子、铬离子中的一种或多种。
21.经由上述技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
22.本发明工艺简单，采用的原料来源于固体废弃物，成本低。制备的基于煤矸石改性吸附材料在选矿废水的重金属离子处理中有巨大优势，相比传统工艺，不仅工艺简单，实现对固体废弃物的处理，还保证了选矿厂生产的高效环保，节约水资源，实现生产中废水的零排放。
附图说明
23.图1为本发明煤矸石改性流程示意图；
24.图2为实施例3未处理煤矸石的sem图；
25.图3为实施例3焙烧后的煤矸石sem图；
26.图4为实施例3改性药剂处理后的煤矸石sem图。
具体实施方式
27.本发明提供了一种基于煤矸石改性吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
28.(1)将煤矸石焙烧后粉碎，再与水混匀，得到备样a；
29.(2)将羧甲基淀粉与次氮基三乙酸溶液混匀，得到备样b；
30.(3)将备样a与备样b混匀后进行反应，即得基于煤矸石改性吸附材料；
31.所述步骤(1)与步骤(2)没有先后顺序。
32.在本发明中，所述步骤(1)焙烧的温度为700～800℃，优选为720～780℃，焙烧的时间为2～3h，优选为2.2～2.6h。
33.在本发明中，所述步骤(1)煤矸石焙烧前的粒径≤100目，优选为≤110目，焙烧后粒径粉碎至≤200目，优选为≤220目。
34.在本发明中，所述备样a的固液比为1:10～20，优选为1:12～18。
35.在本发明中，所述煤矸石中含al2o3：10～15％，优选为12～13％，tfe：6～10％，优选为7～9％，cao：1～5％，优选为2～4％，mgo：1～4％，优选为2～3％，余量为sio2。
36.在本发明中，所述步骤(1)混匀是以搅拌的方式进行，搅拌的时间为0.5～1h，优选为0.6～0.8h。
37.在本发明中，所述步骤(2)羧甲基淀粉与次氮基三乙酸溶液的质量比为1:15～20，优选为1:16～19。
38.在本发明中，所述步骤(2)次氮基三乙酸溶液为质量浓度5～10％的次氮基三乙酸水溶液，所述质量浓度优选为6～8％。
39.在本发明中，所述步骤(2)混匀是以搅拌的方式进行，搅拌的时间为1～2h，优选为1.2～1.8h。
40.在本发明中，所述步骤(3)中备样a与备样b的质量比为1:5～10，优选为1:6～8。
41.在本发明中，所述步骤(3)反应的时间为2～3h，优选为2.2～2.8h，反应的温度为室温。
42.在本发明中，所述步骤(3)的反应时在搅拌下进行。
43.在本发明中，反应结束后产物需经过清洗、抽滤、干燥。
44.本发明还提供了一种由上述制备方法制备得到的基于煤矸石改性吸附材料。
45.本发明还提供了一种基于煤矸石改性吸附材料吸附选矿废水中重金属离子的应用，所述重金属离子为铜离子、铅离子、铬离子中的一种或多种。
46.在本发明中，所述重金属离子为铜离子、铅离子、铬离子中的一种或多种，优选为铜离子和/或铬离子。
47.下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
48.实施例1
49.一种基于煤矸石改性吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
50.(1)将粒径为100目的煤矸石在700℃焙烧2h后粉碎至200目，再与水混合后搅拌0.5h，得到固液比为1:10的备样a，其中煤矸石10％、tfe：6％、cao：1％、mgo：1％、余量为sio2；
51.(2)将羧甲基淀粉与质量浓度为10％的次氮基三乙酸水溶液按质量比为1:15混合后搅拌1h，得到备样b；
52.(3)将备样a与备样b按照质量比为1:5混匀后在搅拌的条件下室温反应2h，经清洗、抽滤、干燥后即得基于煤矸石改性吸附材料。
53.实施例2
54.一种基于煤矸石改性吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
55.(1)将粒径为120目的煤矸石在800℃焙烧3h后粉碎至220目，再与水混合后搅拌1h，得到固液比为1:20的备样a，其中煤矸石15％、tfe：10％、cao：5％、mgo：4％、余量为sio2；
56.(2)将羧甲基淀粉与质量浓度为5％的次氮基三乙酸水溶液按质量比为1:20混合后搅拌2h，得到备样b；
57.(3)将备样a与备样b按照质量比为1:10混匀后在搅拌的条件下室温反应3h，经清洗、抽滤、干燥后即得基于煤矸石改性吸附材料。
58.实施例3
59.一种基于煤矸石改性吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
60.(1)将粒径为110目的煤矸石在750℃焙烧2.5h后粉碎至210目，再与水混合后搅拌0.8h，得到固液比为1:15的备样a，其中煤矸石13％、tfe：8％、cao：3％、mgo：2％、余量为sio2；
61.(2)将羧甲基淀粉与质量浓度为8％的次氮基三乙酸水溶液按质量比为1:18混合后搅拌1.5h，得到备样b；
62.(3)将备样a与备样b按照质量比为1:8混匀后在搅拌的条件下室温反应2.5h，经清洗、抽滤、干燥后即得基于煤矸石改性吸附材料。
63.图2可以看出，5微米的尺度下，未处理煤矸石表面出现光滑片状结构，都是硅酸盐类矿物为主。而经过热活化之后，图3可得，矸石表面出现大量的丝状结构，均大量的粘土矿物热反应后的胶凝体，为后续改性提供了更多的载体位置。最后通过药剂改性共同处理后见图4，矸石表面粗糙度明显增加，且产生了大量的线、点状颗粒，在1微米的尺度下，复合药剂的反应让矸石的表面孔隙变密、变小，则改性的矸石吸附表面积迅速增大，证明矸石表面
改性的效果佳。
64.测试例
65.本发明测试例所处理的选矿废水来自六盘水市某铅锌选矿厂，其废水水质分子指标见表1。
66.表1废水水质分子指标
67.水质指标测试结果国家标准值(mg/l)ph10.86-9pb
2+
701cu
2+
60.5cr
2+
30.05
68.将实施例1～3制备的基于煤矸石改性吸附材料分别放入选矿废水中(用量1g/l)，常温常压下搅拌2h，吸附测试的测定结果见表2。
69.表2实施例1～3制备的基于煤矸石改性吸附材料吸附测试的测定结果
70.实施例处理后phpb
2+
去除率cu
2+
去除率cr
2+
去除率18.980.6873.5581.9229.782.3776.7183.7239.381.5577.1684.15
71.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。