專利名稱：鐵基超細(xì)粉體復(fù)合材料改性制備吸附材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在污水處理中具有吸附作用的吸附劑的制備方法。
背景技術(shù)：
染料廢水多以芳香基團(tuán)(萘、蒽、醌等)為母體形式存在，有機(jī)物濃度高且色度高(高達(dá)500萬倍)，排放量大、難以降解。染料廢水脫色的研究方興未艾，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，新染料的品種不斷增長，而針對于染料廢水所研制的脫色工藝也不斷發(fā)展。吸附法一直是最重要的水處理方法之一，廣泛應(yīng)用于各種廢水處理中。由于吸附劑均不溶于水，比表面積大、吸附容量高。吸附劑與吸附質(zhì)間的吸附反應(yīng)十分迅速，且吸附反應(yīng)僅在固體表面發(fā)生，無進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)，一般不會給處理對象引入新的化學(xué)物質(zhì)。同 時，采用吸附法去除水中污染物不需要添加其他藥劑，反應(yīng)速度快，處理效率高，易于操作且適用性廣。常用的吸附劑包括活性炭、樹脂、天然礦物(粘土、礦石、煤灰等)，傳統(tǒng)吸附劑針對典型的廢水處理具有相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，有一定的處理效果，但使用時也存在相應(yīng)技術(shù)上的缺陷?；钚蕴课饺萘看?、吸附效率高，但難以再生，適合于廢水的深度處理；離子交換樹脂雖然可再生性良好，能重復(fù)使用但生產(chǎn)成本過高；硅藻土價格低廉，由于吸附容量小使得其應(yīng)用范圍十分局限。隨著吸附工藝不斷優(yōu)化，吸附法在水處理中的應(yīng)用前景將更加廣闊，因此，開發(fā)高效便宜的吸附劑具有十分重要的科學(xué)研究意義。棕剛玉渣來源于煉鋼工業(yè)過程中產(chǎn)生的固體廢渣，來源廣泛，產(chǎn)生量大，但其利用率不高，更多的是大量堆積，污染環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鐵基超細(xì)粉體復(fù)合材料改性制備吸附材料的方法，該吸附材料能有效的吸附水中帶色物質(zhì)，吸附容量大，成本低。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是，鐵基超細(xì)粉體復(fù)合材料改性制備吸附材料的方法，其特征在于，它包含如下步驟
①將棕剛玉渣破碎后經(jīng)100 200目篩選后置于80°C 150°c恒溫干燥箱內(nèi)干燥2 4h，冷卻至室溫后備用；膨潤土經(jīng)100 200目篩選后置于80°C 150°C恒溫干燥箱內(nèi)干燥2 4h,冷卻至室溫后備用；
②將步驟①處理得到的棕剛玉渣和膨潤土，按膨潤土的添加量為棕剛玉渣和膨潤土質(zhì)量之和的5 15% [(m/m) X 100% :膨潤土質(zhì)量/棕剛玉渣和膨潤土質(zhì)量之和加入到球磨罐中，球料比(m/m :磨球質(zhì)量/棕剛玉渣和膨潤土質(zhì)量之和)為8 :1 16 :1 ;在加入無水乙醇，配制成濃度為10wt% 40wt%的衆(zhòng)料；
③將步驟②中加好漿料的球磨罐置于星式球磨機(jī)中，預(yù)先設(shè)定的球磨時間為0.5 3h ;轉(zhuǎn)速為300 600rpm進(jìn)行球磨，得到球磨后的漿料；④將步驟③中球磨后的漿料倒出，過濾’將過濾后的產(chǎn)物清洗,真空抽濾,然后取濾餅干燥、研磨，過篩后，得到吸附材料(改性產(chǎn)品，粒徑為5 u m左右)，濾液回收。步驟③中清洗是將過濾后的產(chǎn)物用乙醇清洗2-5次。步驟③中真空抽濾是經(jīng)循環(huán)水式真空泵真空抽濾過濾漿料。步驟③中干燥是取濾餅置于80 100°C恒溫干燥箱內(nèi)干燥2 4h。步驟③中過篩是過100 200目的篩。所述步驟①中，將棕剛玉渣用小型粉碎機(jī)對原料渣進(jìn)行破碎，過篩，去除石子、沙粒等雜質(zhì)，再將過篩后的棕剛玉渣置于數(shù)顯鼓風(fēng)干燥機(jī)內(nèi)恒溫干燥，取出置于干燥器中冷卻后備用；將膨潤土過篩，去除大顆粒物，再將膨潤土置于數(shù)顯鼓風(fēng)干燥機(jī)內(nèi)恒溫干燥，取出置于干燥器中冷卻后備用。 所述步驟②中，無水乙醇做助磨劑，磨球?yàn)椴煌笮”壤默旇デ?。所述步驟③中，球磨罐用“0”型圈密封。將膨潤土 (改性劑)對棕剛玉渣粉體表面進(jìn)行改性，制成吸附劑，具有孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，在水中易分散，比表面積大等優(yōu)點(diǎn)；且鐵基超細(xì)粉體本身具有磁性，克服了其他材料如活性炭材料等在實(shí)際應(yīng)用中分離困難、易堵塞篩網(wǎng)、易流失等缺點(diǎn)。更由于原材料成本低，使得應(yīng)用在處理高色度的染料廢水時具有強(qiáng)大的優(yōu)勢。機(jī)械力化學(xué)法作為新材料制備技術(shù)之一，是一種粉體表面改性方法，適合流動性改性劑對粉體顆粒的包覆，具有改性時間短、工藝簡單能連續(xù)批量生產(chǎn)，同時改性過程易控制，操作管理簡單使得其在微米級粉體的包覆中具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。棕剛玉渣回收利用后，通過對其進(jìn)行改性使用機(jī)械力化學(xué)法制成吸附材料，將其應(yīng)用于染料廢水的處理中十分高效，填補(bǔ)了國內(nèi)的空白。相對于現(xiàn)有方法，本發(fā)明的有益效果是
I)該吸附材料能有效的吸附水中帶色物質(zhì)，吸附容量大，使用壽命長。通過活性染料廢水脫色試驗(yàn)獲知，改性后的吸附材料提高了脫色率，可達(dá)95%以上。2)成本低。①所采用的主要原料之一為棕剛玉渣，原材料價格低廉，拓寬棕剛玉渣的利用領(lǐng)域，拓展高附加值吸附材料的原材料來源，實(shí)現(xiàn)廢棄物資源化，以廢治廢，對實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排都有非常積極的作用。②首次以膨潤土為改性劑，采用機(jī)械力化學(xué)濕法改性制備了鐵基超細(xì)粉體復(fù)合材料，優(yōu)化了工藝參數(shù)。③制備的吸附材料比商品化的活性炭粒具有吸附劑用量少、吸附時間短、pH適應(yīng)
范圍寬等特點(diǎn)。④采用“機(jī)械力化學(xué)法+濕法改性”有機(jī)結(jié)合制備吸附材料，易于回收和再利用，且采用的方法工藝簡單，穩(wěn)定性好，技術(shù)要求低，運(yùn)行成本低，容易實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。


圖I為本發(fā)明的工藝路線簡圖。圖2為實(shí)施例I所得到的吸附材料(膨潤土改性棕剛玉渣吸附材料)XRD圖譜。圖3為實(shí)施例I所得到的吸附材料(膨潤土改性棕剛玉渣吸附材料)SEM圖譜。
圖4為實(shí)施例I所得到的吸附材料(膨潤土改性棕剛玉渣吸附材料)氮?dú)饷摳轿?br> 等溫線圖。
具體實(shí)施例方式為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。實(shí)施例I
如圖I所示，鐵基超細(xì)粉體復(fù)合材料改性制備吸附材料的方法，它包含如下步驟①將棕剛玉渣(原料渣)破碎后經(jīng)150目篩選(除雜質(zhì)，用于鋪路等用)，然后于80°C干燥2h，冷卻至室溫后，放入干燥器中備用。膨潤土經(jīng)150目篩選后，于80°C干燥2h，放入干燥器中備用。 ②配料將步驟①處理得到的棕剛玉渣和膨潤土，按膨潤土(改性劑)的添加量為棕剛玉渣和膨潤土質(zhì)量之和的7. 5%，取上述棕剛玉渣和膨潤土置于球磨罐中；然后按球料比為14 1 (m/m :磨球質(zhì)量/棕剛玉渣和膨潤土質(zhì)量之和)加入磨球；再加入無水乙醇配制成濃度為20 wt % (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的漿料。③球磨改性將步驟②中加好漿料的球磨罐置于球磨機(jī)中，預(yù)先設(shè)定轉(zhuǎn)速為500rpm進(jìn)行球磨,球磨時間為150min。④將步驟③中球磨后的漿料倒出，過濾，將過濾后的產(chǎn)物用乙醇清洗2-5次，經(jīng)循環(huán)水式真空泵真空抽濾過濾漿料(真空抽濾)，然后取濾餅置于80°C恒溫干燥箱內(nèi)干燥2h ；研磨，過100目的篩選后，得到吸附材料(改性產(chǎn)品，或稱為膨潤土改性棕剛玉渣吸附材料，粒徑為5 ii m左右)，濾液回收。本實(shí)施例所得到的膨潤土改性棕剛玉渣吸附材料的XRD圖譜如圖2所示，圖2說明膨潤土層間結(jié)構(gòu)被機(jī)械力作用破壞，F(xiàn)e2O3的晶體趨于無定化。雜質(zhì)峰也相對減弱，表明膨潤土改性進(jìn)行的較為完全。本實(shí)施例所得到的膨潤土改性棕剛玉渣吸附材料的SEM圖譜如圖3所示，圖3說明機(jī)械力活化作用制得的鐵基超細(xì)粉體復(fù)合材料改性材料，平均粒徑由I Pm減小至0.5 左右，顆粒間存在的孔隙和通道較多，有利于對吸附質(zhì)的吸附。本實(shí)施例所得到的膨潤土改性棕剛玉渣吸附材料的氮?dú)饷摳轿降葴鼐€如圖4所示，圖4說明當(dāng)相對壓力P/PP0. 45時，開始出現(xiàn)脫附現(xiàn)象，有明顯的吸附一脫附滯后環(huán)，N2在孔道中的毛細(xì)凝聚吸附量已達(dá)飽和，主要是由于骨架形成的介孔內(nèi)產(chǎn)生毛細(xì)管凝聚的緣故，說明材料內(nèi)部存在著中孔和大孔。應(yīng)用實(shí)例I
按照與實(shí)施例I相同的方法制得吸附材料。以蒽醌類活性染料工業(yè)廢水(色度約為15000)為例，吸附材料的添加量為4g/L，加硫酸調(diào)節(jié)pH為6，在30°C條件下恒溫振蕩15min,吸附去除染料廢水中的色度，經(jīng)沉淀后廢水達(dá)到預(yù)期的處理效果(處理效率>95%)。說明了能有效的吸附水中帶色物質(zhì)，吸附容量大。應(yīng)用實(shí)例2
按照與應(yīng)用實(shí)例I相同的方法，不同的是，吸附材料的添加量為3g/L，加硫酸調(diào)節(jié)pH為3，在25°C條件下恒溫振蕩15min，吸附去除染料廢水中的色度，經(jīng)沉淀后廢水達(dá)到預(yù)期處理效果(處理效率>95%)。說明了能有效的吸附水中帶色物質(zhì)，吸附容量大。隨著球料比、球磨時間、球磨轉(zhuǎn)速和漿料濃度的增大，鐵基超細(xì)粉體復(fù)合材料改性制備吸附材料的濕潤角呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，即吸附材料表面潤濕性很好，有利于實(shí)現(xiàn)膨潤土對棕剛玉渣的包覆，機(jī)械力化學(xué)活化改性改變了材料表面特性，使其具有良好的潤濕性能，并表現(xiàn)較好的吸附性能。實(shí)施例2
按照與實(shí)施例I相同的方法制得吸附材料(改性樣品)，不同的是，改變膨潤土的添加量為8% (m/m :膨潤土質(zhì)量/棕剛玉渣和膨潤土質(zhì)量之和)，球料比為12 :1，轉(zhuǎn)速為400rpm，球磨時間為120min，球磨后處理得到改性樣品。應(yīng)用實(shí)例3
按照與實(shí)施例2相同的方法制得吸附材料。以蒽醌類活性染料工業(yè)廢水(色度約為15000)為例，吸附材料的添加量為4g/L，加硫酸調(diào)節(jié)pH為6，在30°C條件下恒溫振蕩15min,吸附去除染料廢水中的色度，經(jīng)沉淀后廢水達(dá)到預(yù)期的處理效果(處理效率>95%)。說明了能有效的吸附水中帶色物質(zhì)，吸附容量大。實(shí)施例3
按照與實(shí)施例I相同的方法制得吸附材料，不同的是，改變膨潤土的添加量為8. 5%(m/m:膨潤土質(zhì)量/棕剛玉渣和膨潤土質(zhì)量之和)，球料比為12 :1，轉(zhuǎn)速為500rpm，球磨時間為90min,球磨后處理得到改性樣品。應(yīng)用實(shí)例4
按照與實(shí)施例3相同的方法制得吸附材料(改性樣品)。以蒽醌類活性染料工業(yè)廢水(色度約為15000)為例，吸附材料的添加量為4g/L，加硫酸調(diào)節(jié)pH為6，在30°C條件下恒溫振蕩15min，吸附去除染料廢水中的色度，經(jīng)沉淀后廢水達(dá)到預(yù)期的處理效果(處理效率>95%)o說明了能有效的吸附水中帶色物質(zhì)，吸附容量大。實(shí)施例4
如圖I所示，鐵基超細(xì)粉體復(fù)合材料改性制備吸附材料的方法，它包含如下步驟①將棕剛玉渣(原料渣)破碎后經(jīng)100目篩選(除雜質(zhì)，用于鋪路等用)，然后于120°C干燥2h，冷卻至室溫后，放入干燥器中備用。膨潤土經(jīng)100目篩選后，于120°C干燥2h，放入干燥器中備用。②配料將步驟①處理得到的棕剛玉渣和膨潤土，按膨潤土(改性劑)的添加量為棕剛玉渣和膨潤土質(zhì)量之和的5%，取上述棕剛玉渣和膨潤土置于球磨罐中；然后按球料比為8 :1 (m/m :磨球質(zhì)量/棕剛玉渣和膨潤土質(zhì)量之和)加入磨球；再加入無水乙醇配制成濃度為10 wt % (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的漿料。③球磨改性將步驟②中加好漿料的球磨罐置于球磨機(jī)中，預(yù)先設(shè)定轉(zhuǎn)速為300rpm進(jìn)行球磨,球磨時間為30min。④將步驟③中球磨后的漿料倒出，過濾，將過濾后的產(chǎn)物用乙醇清洗2-5次，經(jīng)循環(huán)水式真空泵真空抽濾過濾漿料(真空抽濾)，然后取濾餅置于80°C恒溫干燥箱內(nèi)干燥2h ；研磨，過100目的篩選后，得到吸附材料(改性產(chǎn)品，或稱為膨潤土改性棕剛玉渣吸附材料，粒徑為5 ii m左右)，濾液回收。應(yīng)用實(shí) 例5
按照與實(shí)施例4相同的方法制得吸附材料(改性產(chǎn)品)。以蒽醌類活性染料工業(yè)廢水(色度約為15000)為例，吸附材料的添加量為4g/L，加硫酸調(diào)節(jié)pH為6，在30°C條件下恒溫振蕩15min，吸附去除染料廢水中的色度，經(jīng)沉淀后廢水達(dá)到預(yù)期的處理效果(處理效率>95%)o說明了能有效的吸附水中帶色物質(zhì)，吸附容量大。實(shí)施例5
如圖I所示，鐵基超細(xì)粉體復(fù)合材料改性制備吸附材料的方法，它包含如下步驟①將棕剛玉渣(原料渣)破碎后經(jīng)200目篩選(除雜質(zhì)，用于鋪路等用)，然后于150°C干燥4h，冷卻至室溫后，放入干燥器中備用。膨潤土經(jīng)200目篩選后，于150°C干燥4h，放入干燥器中備用。②配料將步驟①處理得到的棕剛玉渣和膨潤土，按膨潤土(改性劑)的添加量為棕剛玉渣和膨潤土質(zhì)量之和的15%，取上述棕剛玉渣和膨潤土置于球磨罐中；然后按球料比為16 1 (m/m :磨球質(zhì)量/棕剛玉渣和膨潤土質(zhì)量之和)加入磨球；再加入無水乙醇配制成濃度為40 wt % (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的漿料。③球磨改性將步驟②中加好漿料的球磨罐置于球磨機(jī)中，預(yù)先設(shè)定轉(zhuǎn)速為600rpm進(jìn)行球磨,球磨時間為3h。④將步驟③中球磨后的漿料倒出，過濾，將過濾后的產(chǎn)物用乙醇清洗2-5次，經(jīng)循環(huán)水式真空泵真空抽濾過濾漿料(真空抽濾)，然后取濾餅置于100°c恒溫干燥箱內(nèi)干燥4h ；研磨，過200目的篩選后，得到吸附材料(改性產(chǎn)品，或稱為膨潤土改性棕剛玉渣吸附材料，粒徑為5 ii m左右)，濾液回收。應(yīng)用實(shí)例6
按照與實(shí)施例5相同的方法制得吸附材料(改性產(chǎn)品)。以蒽醌類活性染料工業(yè)廢水(色度約為15000)為例，吸附材料的添加量為4g/L，加硫酸調(diào)節(jié)pH為6，在30°C條件下恒溫振蕩15min，吸附去除染料廢水中的色度，經(jīng)沉淀后廢水達(dá)到預(yù)期的處理效果(處理效率>95%)o說明了能有效的吸附水中帶色物質(zhì)，吸附容量大。本發(fā)明所列舉的工藝參數(shù)(如膨潤土添加量、球磨時間、轉(zhuǎn)速等)的上下限取值、區(qū)間值都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.鐵基超細(xì)粉體復(fù)合材料改性制備吸附材料的方法，其特征在于，它包含如下步驟 ①將棕剛玉渣破碎后經(jīng)100 200目篩選后置于80°C 150°c恒溫干燥箱內(nèi)干燥2 4h，冷卻至室溫后備用；膨潤土經(jīng)100 200目篩選后置于80°C 150°C恒溫干燥箱內(nèi)干燥2 4h,冷卻至室溫后備用； ②將步驟①處理得到的棕剛玉渣和膨潤土，按膨潤土的添加量為棕剛玉渣和膨潤土質(zhì)量之和的5 15%加入到球磨罐中，球料比為8 :1 16 :1 ;在加入無水乙醇，配制成濃度為10wt% 40wt%的衆(zhòng)料； ③將步驟②中加好漿料的球磨罐置于星式球磨機(jī)中，預(yù)先設(shè)定的球磨時間為0.5 3h ;轉(zhuǎn)速為300 600rpm進(jìn)行球磨，得到球磨后的漿料； ④將步驟③中球磨后的漿料倒出，過濾，將過濾后的產(chǎn)物清洗,真空抽濾,然后取濾餅干燥、研磨，過篩后，得到吸附材料，濾液回收。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鐵基超細(xì)粉體復(fù)合材料改性制備吸附材料的方法，其特征在于,步驟③中清洗是將過濾后的產(chǎn)物用乙醇清洗2-5次。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鐵基超細(xì)粉體復(fù)合材料改性制備吸附材料的方法，其特征在于，步驟③中真空抽濾是經(jīng)循環(huán)水式真空泵真空抽濾過濾漿料。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鐵基超細(xì)粉體復(fù)合材料改性制備吸附材料的方法，其特征在于，步驟③中干燥是取濾餅置于80 100°C恒溫干燥箱內(nèi)干燥2 4h。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鐵基超細(xì)粉體復(fù)合材料改性制備吸附材料的方法，其特征在于，步驟③中過篩是過100 200目的篩。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在污水處理中具有吸附作用的吸附劑的制備方法。鐵基超細(xì)粉體復(fù)合材料改性制備吸附材料的方法，其特征在于，它包含如下步驟①將棕剛玉渣破碎后經(jīng)100～200目篩選后干燥；膨潤土經(jīng)100～200目篩選后干；②將步驟①處理得到的棕剛玉渣和膨潤土，按膨潤土的添加量為棕剛玉渣和膨潤土質(zhì)量之和的5～15%加入到球磨罐中，球料比為81～161；在加入無水乙醇，配制成濃度為10wt%～40wt%的漿料；③將步驟②中加好漿料的球磨罐置于星式球磨機(jī)中，進(jìn)行球磨，得到球磨后的漿料；④過濾，清洗，抽濾，干燥；研磨，篩選，得到吸附材料，濾液回收。該吸附材料能有效的吸附水中帶色物質(zhì)，吸附容量大，使用壽命長，成本低。
文檔編號C02F1/28GK102698708SQ201210163740
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者丁瑤, 劉玉, 張莉 申請人:武漢工程大學(xué)