采用低能粒子改性粉煤灰的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種采用低能粒子改性粉煤灰的方法，包括通過以較低能量、一定劑量的離子束輻照粉煤灰顆粒，并持續(xù)一定的時間，得到改性粉煤灰的步驟。采用本發(fā)明的改性方法，可以破壞粉煤灰的粗大多孔的玻璃體，解除其粘結(jié)，改善表面物理活性；而且可以破壞玻璃體表面的保護膜，致使內(nèi)部SiO2、Al2O3溶出斷鍵增多，活化組分增加，提高其化學(xué)活性。
【專利說明】采用低能粒子改性粉煤灰的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種材料改性【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種采用低能粒子改性粉煤灰的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國粉煤灰年排放總量已超過2億t，但利用率低于50%。而且由于堆放占用了大量的土地資源，尤其容易污染空氣，形成霧霾。因此，如何使粉煤灰“變廢為寶”，有著重要的學(xué)術(shù)和經(jīng)濟意義。粉煤灰的組成是高效絮凝劑的主要化學(xué)成分Al、S1、Fe ;而且，由于多孔顆粒形狀使其比表面積較大，顆粒分散性能奠定了在水處理中的應(yīng)用基礎(chǔ)。但是用粉煤灰處理廢水存在吸附容量有限的問題。由于化學(xué)改性方法大部分只能對粉煤灰顆粒表面進行活化，沒有對粉煤灰顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行充分的處理和利用，從而使提高粉煤灰的吸附容量成為工業(yè)大規(guī)模利用的關(guān)鍵。因此，對粉煤灰進行表面和內(nèi)部有效改性，能極大地提高粉煤灰的吸附容量。
[0003]目前，常用的粉煤灰改性方法有:酸改性、堿改性、鹽改性等。如:將粉煤灰用7M的NaOH經(jīng)水熱處理制得沸石的比表面積是原灰的8倍，對陽離子性染料的吸附量是原灰的10倍；利用粉煤灰和過氧化氫聯(lián)合處理印染廢水，可以對印染廢水脫色和去除COD ;用硫酸處理粉煤灰，可以增強粉煤灰的吸附能力。這些化學(xué)改性方法都是粉煤灰通過與化學(xué)表面改性劑的混合、攪拌、烘干、碾碎等過程，將粉煤灰的松脆多孔結(jié)構(gòu)以及一些粘連體、薄壁空心微珠、碳粒等進行打散，成為較密實的細(xì)屑顆粒和個體徽珠，改善微珠表面結(jié)構(gòu)，使得改性后的粉煤灰具有了物理吸附和化學(xué)混凝雙重作用，并使之吸附能力和混凝作用增強。然而，上述粉煤灰改性方法大多局限于粉煤灰顆粒外表面的活化，未對粉煤灰顆粒內(nèi)部進行有效的激活，因此，如果能利用一定的物理方法同時對粉煤灰的內(nèi)部及外部實施改造，使得改性后的粉煤灰結(jié)構(gòu)和組成發(fā)生有效改變，將有助于提高粉煤灰的吸附性能，進而提高其吸附容量。
[0004]因此仍舊需要一種全新的方法，同時對粉煤灰的內(nèi)部及外部實施改造，使得改性后的粉煤灰結(jié)構(gòu)和組成發(fā)生有效改變，提高粉煤灰的吸附性能，進而提高其吸附容量。本發(fā)明的發(fā)明人通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，離子束輻照粉煤灰能將較規(guī)則的粉煤灰球形顆粒被擊破，使其內(nèi)部空間被充分地釋放，比表面積增大，從而完成了本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種新的采用低能粒子改性粉煤灰的方法，利用該粒子輻照的物理方法同時對粉煤灰的內(nèi)部及外部實施改造，使得改性后的粉煤灰結(jié)構(gòu)和組成發(fā)生有效改變，提高粉煤灰的吸附性能，進而提高其吸附容量。
[0006]為實現(xiàn)以上本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0007]—種采用低能粒子改性粉煤灰的方法，其特征在于包括通過以較低能量、一定劑量的離子束輻照粉煤灰顆粒，并持續(xù)一定的時間，得到改性粉煤灰的步驟。[0008]其中，所述粉煤灰顆粒為珠狀顆?；蛟鼱铑w粒，且所述輻照是在粉煤灰運動條件下進行；進一步地，所述珠狀顆粒為空心玻珠(漂珠)、厚壁、實心微珠、鐵珠、炭粒、不規(guī)則玻璃體或多孔玻璃體。
[0009]其中，所述較低能量選自5?50keV，優(yōu)選地，所述較低能量選自10?14keV。
[0010]其中，所述一定劑量選自600X2.0X 1013ions / cm2 ?1100X2.0X 1013ions /cm2 ;優(yōu)選地，所述一定劑量選自 900X2.0X 1013ions / cm2 ?1100X2.0X 1013ions / cm2。
[0011]其中，所述離子束為氮離子束、氦離子束、氬離子束；優(yōu)選地，所述離子束為氮離子束。
[0012]其中，所述輻照時間為粉煤灰運動條件下10?15分鐘。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的采用低能粒子改性粉煤灰的方法，能同時對粉煤灰的內(nèi)部及外部實施改造，使得改性后的粉煤灰結(jié)構(gòu)和組成發(fā)生有效改變，提高粉煤灰的吸附性能，進而提高其吸附容量。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的采用低能粒子改性粉煤灰的方法，用較低能量、一定劑量的氮離子束輻照粉煤灰中空心玻珠(漂珠)、厚壁及實心微珠(沉珠)、鐵珠(磁珠)、炭粒、不規(guī)則玻璃體和多孔玻璃體等，通過離子束的刻蝕可以提高粉煤灰的活性。這是因為離子束輻照中許多較規(guī)則的粉煤灰球形顆粒被擊破，內(nèi)部空間被釋放，比表面積增大；一些顆粒則在表面凹陷、縮松。因此，離子束對粉煤灰的玻璃體破壞，玻璃顆粒粘結(jié)的解除，使其表面特性改善，物理活性提高；而且，多孔顆粒粘結(jié)的破壞使玻璃體表面堅固的保護膜破裂，使其內(nèi)部SiO2, Al2O3斷鍵加劇，活化組分增加，從而提高粉煤灰化學(xué)活性。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的采用低能粒子改性粉煤灰的方法，通過離子束輻照的物理改性方法，操作簡單，且無需使用酸或堿，環(huán)境友好，改進后的粉煤灰吸附性能大大提升。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實施例中離子束刻蝕前后粉煤灰的SEM譜圖，其中(a)為未經(jīng)刻蝕的粉煤灰；(b)為刻蝕后的粉煤灰。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合更具體的實施方式對本發(fā)明做進一步展開說明，但需要指出的是，本發(fā)明的采用低能粒子改性粉煤灰的方法并不限于這種具體的輻照條件。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然可以理解的是，以下的說明內(nèi)容即使不做任何調(diào)整或修正，也可以直接適用于在此未指明的其他輻照條件。
[0018]一種采用低能粒子改性粉煤灰的方法，通過以較低能量、一定劑量的離子束輻照粉煤灰顆粒，并持續(xù)輻照一定的時間，得到改性的粉煤灰。在具體的實施方案中，輻照是在粉煤灰運動的條件下進行。其中，離子束由離子發(fā)生器產(chǎn)生。離子束的形成機制和裝置均可參考現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的創(chuàng)新在于選用不同的離子束對粉煤灰進行輻照改性。并通過選用不同種類、能量和劑量的離子分別輻照處理粉煤灰。統(tǒng)計分析離子束作用于粉煤灰產(chǎn)生的形貌、粒徑分布、比表面積、組成以及有效化學(xué)成分(Si02、Al2OyFe2O3等)溶出斷鍵等參數(shù)的變化，確定對粉煤灰的最優(yōu)離子束改性條件。
[0019]改性后的粉煤灰通過對廢水中無機離子Zn2+、Cr3+、Cu2+、pb2+去除率試驗測試其吸附性能，具體的測試及表征方法如下。
[0020]用改性好的粉煤灰分別處理含無機離子Zn2+、Cr3+、Cu2+、pb2+的廢水:在燒杯中加入2g粉煤灰，再加入IOg廢水，使粉煤灰與廢水質(zhì)量比為1: 5，室溫下攪拌30min，然后過濾得到清液，用滴定法計算出殘留離子，即可得離子的去除率。按上述的檢測方法對不同離子吸附的結(jié)果進行檢測。
[0021](I)Zn2+的檢測:取上述得到的清液在300mL燒杯中加水稀釋到IOOmL,加氨水至pH=8，加IOmL氨-氯化銨緩沖液(pH=10)，加3滴鉻黑T指示劑(5g / L)滴定至純藍(lán)。根據(jù)所用EDTA (c=0.01mol / L)標(biāo)準(zhǔn)溶液體積可計算出Zn2+濃度，即可得Zn2+總量，在根據(jù)起始總量計算去除率。
[0022]⑵Cr3+的檢測:取上述得到的含Cr3+清液在250mL碘量瓶中加水稀釋到25mL，加2g碘化鉀及20mL硫酸溶液(c=2mol / L),在暗處放置IOmin,加IOOmL水,用標(biāo)準(zhǔn)硫代硫酸鈉溶液(c=0.005mol / L)滴定，近終點加2mL淀粉指示液(10g / L)滴定至亮綠色。根據(jù)所用標(biāo)準(zhǔn)硫代硫酸鈉溶液體積可計算出Cr3+濃度，即可得Cr3+總量，在根據(jù)起始總量計算去除率。
[0023](3) Cu2+的檢測:取上述得到的清液在300mL錐形瓶中加水稀釋到150mL，加1.5mL氨-氯化銨緩沖液(pH=10),加0.2g紫脲酸銨混合指示劑,用EDTA (c=0.01mol / L)標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定，滴定至玫瑰紅色。根據(jù)所用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液體積可計算出Cu2+濃度，即可得Cu2+總量，在根據(jù)起始總量計算去除率。
[0024](4)pb2+的檢測:取上述得到的清液加水稀釋到IOOmL,加5g六次甲基四胺，2滴二甲酚橙指示劑(5g / L)，用EDTA(c=0.01mol / L)標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至亮黃色。根據(jù)所用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液體積可計算出Pb2+濃度，即可得pb2+總量，在根據(jù)起始總量計算去除率。
[0025]下面將通過更具體的實施例解釋說明本發(fā)明的改性方法，但其不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。
[0026]實施例1
[0027]采用121^的能量、1000\2.0父1013丨0118 / cm2劑量的氮離子束，輻照時間在粉煤灰運動(翻動)條件下10分鐘，得到的改性粉煤灰經(jīng)SEM分析比對，如圖1所示。與未離子束輻照改性的粉煤灰相比，可以發(fā)現(xiàn)許多較規(guī)則的粉煤灰球形顆粒被擊破，內(nèi)部空間被釋放。通過前述方法測試改性后的粉煤灰吸附性能，廢水中無機離子Cu2+、Zn2+、pb2+、Cr3+去除率分別達(dá)到 92.01%,92.44%,91.84%,93.73%。
[0028]對比例I
[0029]通過平行試驗，測試未改性的粉煤灰吸附性能，廢水中無機離子Cu2+、Zn2+、pb2+、Cr3+去除率分別達(dá)到 74.08%,70.02%,68.54%,78.05%。
[0030]對比例2
[0031]通過常規(guī)酸改性的粉煤灰，測試其吸附性能，廢水中無機離子Cu2+、Zn2+、pb2+、Cr3+去除率分別達(dá)到 84.07%,82.42%,79.84%,88.03%。
[0032]實施例2
[0033]采用IOkeV的能量、 900X2.0X 1013ions / cm2劑量的氮離子束，輻照時間在粉煤灰運動(翻動)條件下10分鐘，得到改性粉煤灰。通過前述方法測試改性后的粉煤灰吸附性能，廢水中無機離子Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cr3+去除率分別達(dá)到78.03%,73.11%,71.35%,79.91%。
[0034]實施例3
[0035]采用101^的能量、1000\2.0父1013丨0118 / cm2劑量的氮離子束，輻照時間在粉煤灰運動(翻動)條件下10分鐘，得到的改性粉煤灰。通過前述方法測試改性后的粉煤灰吸附性能，廢水中無機離子Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cr3+去除率分別達(dá)到83.11%,82.20%,80.73%,87.62%。
[0036]實施例4
[0037]采用101^的能量、1100\2.0父101310118 / cm2劑量的氮離子束，輻照時間在粉煤灰運動(翻動)條件下10分鐘，得到的改性粉煤灰。通過前述方法測試改性后的粉煤灰吸附性能，廢水中無機離子Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cr3+去除率分別達(dá)到86.41%,83.14%,82.60%,90.17%。
[0038]實施例5
[0039]采用121^的能量、1000\2.0父1013丨0118 / cm2劑量的氮離子束，輻照時間在粉煤灰運動(翻動)條件下10分鐘，得到的改性粉煤灰。通過前述方法測試改性后的粉煤灰吸附性能，廢水中無機離子Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cr3+去除率分別達(dá)到92.01%,92.44%,91.84%,93.73%。
[0040]實施例6
[0041]采用12keV的能量、1100X2.0X1013ions / cm2劑量的氮離子束，輻照時間在粉煤灰運動(翻動)條件下10分鐘，得到的改性粉煤灰。通過前述方法測試改性后的粉煤灰吸附性能，廢水中無機離子Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cr3+去除率分別達(dá)到92.04%,92.94%,91.33%,93.29%。
`[0042]實施例7
[0043]采用141^的能量、1000\2.0父1013丨0118 / cm2劑量的氮離子束，輻照時間在粉煤灰運動(翻動)條件下10分鐘，得到的改性粉煤灰。通過前述方法測試改性后的粉煤灰吸附性能，廢水中無機離子Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cr3+去除率分別達(dá)到92.10%,92.47%,91.30%,92.08%。
[0044]實施例8
[0045]采用141?^的能量、1100\2.0\1013丨0118 / cm2劑量的氮離子束，輻照時間在粉煤灰運動(翻動)條件下10分鐘，得到的改性粉煤灰。通過前述方法測試改性后的粉煤灰吸附性能，廢水中無機離子Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cr3+去除率分別達(dá)到92.07%,92.39%,91.80%,92.47%。
[0046]上述交叉試驗中，輻照時間統(tǒng)一為10分鐘(試驗中足夠)，但不限于此，適當(dāng)延長輻照時間也可以得到相同或更好的改性效果，例如輻照時間為10~15分鐘。初選出 10keV、12keV、14keV 的能量和 900X2.0X 1013ions / cm2、1000X2.0X 1013ions /cm2、1100X2.0X1013ions / cm2劑量，交叉試驗中逐步退化掉IOkeV和14keV的能量及900X2.0 X1013ions / cm2 和 1100 X 2.0 X 1013ions / cm2 劑量，最終優(yōu)化出參數(shù):輻照時間10分鐘，12keV的能量和1000X2.0X1013ions / cm2劑量的氮離子。
[0047]盡管上文對本發(fā)明的【具體實施方式】給予了詳細(xì)描述和說明，但是應(yīng)該指明的是，我們可以依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想對上述實施方式進行各種等效改變和修改，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，均應(yīng)在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種采用低能粒子改性粉煤灰的方法，其特征在于包括通過以較低能量、一定劑量的離子束輻照粉煤灰顆粒，并持續(xù)一定的時間，得到改性粉煤灰的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用低能粒子改性粉煤灰的方法，其特征在于所述粉煤灰顆粒為珠狀顆?；蛟鼱铑w粒，且所述輻照是在粉煤灰運動條件下進行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用低能粒子改性粉煤灰的方法，其特征在于所述珠狀顆粒為空心玻珠、厚壁、實心微珠、鐵珠、炭粒、不規(guī)則玻璃體或多孔玻璃體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的采用低能粒子改性粉煤灰的方法，其特征在于所述較低能量選自5?50keVo
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用低能粒子改性粉煤灰的方法，其特征在于所述較低能量選自10?14keV0
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的采用低能粒子改性粉煤灰的方法，其特征在于所述一定劑量選自 600X2.0X 1013ions / cm2 ?1100X2.0X 1013ions / cm2。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用低能粒子改性粉煤灰的方法，其特征在于所述一定劑量選自 900X2.0X 1013ions / cm2 ?1100X2.0X 1013ions / cm2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的采用低能粒子改性粉煤灰的方法，其特征在于所述離子束為氮離子束、氦離子束、氬離子束。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的采用低能粒子改性粉煤灰的方法，其特征在于所述離子束為氮離子束。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的采用低能粒子改性粉煤灰的方法，其特征在于所述輻照時間為粉煤灰運動條件下10?15分鐘。
【文檔編號】B01J20/30GK103816871SQ201410070094
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】吳從兵, 萬義周 申請人:吳從兵, 萬義周