一種稀土負(fù)載改性粉煤灰的制備方法
【專利摘要】一種稀土負(fù)載改性粉煤灰的制備方法，具體步驟如下：將原料粉煤灰加蒸餾水用超聲波洗滌，烘干，經(jīng)過篩分，取篩下粉煤灰；按固液比，將粉煤灰與硫酸均勻混合，并攪拌、浸泡；然后用去離子水漂洗、過濾并干燥；將用硫酸預(yù)處理的粉煤灰與氯化鈰和氯化鑭水溶液按固液比均勻混合，并調(diào)節(jié)pH，攪拌、浸泡；過濾、干燥后，進行微波加熱，自然冷卻后即為本發(fā)明所述稀土改性粉煤灰。使用本發(fā)明改性后的粉煤灰對含氨氮工業(yè)生產(chǎn)廢水進行處理，去除效果明顯，不僅可有效降低廢水中氨氮含量，同時對成分復(fù)雜的含氨氮廢水有較強適應(yīng)性，并且充分利用稀土資源優(yōu)勢，降低了成本，以廢治廢，實現(xiàn)了廢棄物的資源化利用。
【專利說明】
一種稀土負(fù)載改性粉煤灰的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及水處理及固體廢棄物資源化利用領(lǐng)域，具體屬于一種處理工業(yè)生產(chǎn)廢水的稀土負(fù)載改性粉煤灰的制備方法，制得的改性粉煤灰應(yīng)用于含氨氮的成分復(fù)雜的工礦企業(yè)排放廢水。
技術(shù)背景
[0002]當(dāng)今社會，工業(yè)廢水的排放量巨大，其中的富含的氨氮廣泛存在于工業(yè)生產(chǎn)甚至人們?nèi)粘Ｉ钪校瑢ι鷳B(tài)環(huán)境和人類自身健康都有極大的危害，含氨氮廢水的危害具體表現(xiàn)在:(I)對水質(zhì)環(huán)境的影響。氨氮的存在會使水中營養(yǎng)物質(zhì)的比例發(fā)生變化，依賴這些物質(zhì)的生物會迅速增加，水體平衡進而被打破，使得生物多樣性出現(xiàn)危機；(2)使水體富營養(yǎng)化。過量的氨氮使得藻類等生物迅速繁殖，藻類會分泌有毒有害物質(zhì)，破壞了水質(zhì)，同時使得水中溶解氧含量下降，甚至導(dǎo)致魚類等生物大量死亡；(3)造成生活用水成本增加。氨氮帶來的水質(zhì)以及微生物群落的變化，使得用于消毒生活用水的成本增加，同時也會對人體帶來長期的慢性影響；(4)影響人類的生產(chǎn)生活條件。氨氮對管道、設(shè)備等的腐蝕，不僅帶來了正常生產(chǎn)運行無法順利持續(xù)的問題，而且會使得不安全因素上升，是對人類自身極大的危害。
[0003]目前，氨氮廢水的處理方法主要有吸附法、折點加氯法和生物法。吸附法效率高、流程簡單、成本低等特點，使得該方法應(yīng)用最為廣泛;折點加氯法過程中需要加入有毒性的氯，是其一個較大的缺點;生物法的應(yīng)用要求較高，同時處理效果也不太穩(wěn)定，所以，考慮更高效更廉價的吸附方法是當(dāng)前最好的方向之一。
[0004]粉煤灰是火力發(fā)電廠排除的固體廢物，其主要成分為Al2O3、S12、Fe203、CaO等，外形主要是玻璃球體，單個粉煤灰顆粒直徑約為25?30μπι，比表面積非常大，一般為1600?3500cm2/g，平均比重為2114g/cm3，平均容重為783kg/m3。正是因為粉煤灰自身擁有較大的比表面積，使得其擁有很好的吸附性能。用粉煤灰去除工業(yè)生產(chǎn)廢水中的有害組分過程比較復(fù)雜，其主要的機理是吸附作用、絮凝沉淀和過濾作用。改性后的粉煤灰擁有更大的比表面積，吸附性能比改性前更好。
[0005]目前，對原料粉煤灰的改性主要有酸改性、堿改性、鹽改性、混合改性以及表明活性劑改性等方法。改性后的粉煤灰均表現(xiàn)出對不同水質(zhì)廢水的處理效率的提高。將改性粉煤灰用于氨氮廢水的處理，不僅實現(xiàn)以廢治廢，同時將大幅度提高經(jīng)濟與環(huán)境效益，減輕社會的環(huán)保壓力。
[0006]近些年，稀土在廢水處理中的研究日益活躍，究其原因，一是稀土在對某些試劑改性方面，確實得到了較為明顯的效果，大量的科研工作也就此展開;二是中國是稀土大國，在稀土種類與利用上擁有得天獨厚的優(yōu)勢。
[0007]CN102357355A公開了一種用于處理氨氮廢水的改性粉煤灰的制備方法，其將原料粉煤灰與0.5?8摩爾/升的氫氧化鈉溶液在10?90°C、固液比為1: 2?10下浸泡時間0.5?10小時后，用脫除鈣鎂的軟水清洗，干燥，獲得改性粉煤灰。此方法較為常規(guī)，但處理效果較一般，同時針對成分稍復(fù)雜的含氨氮廢水并不具有明顯的處理能力。
[0008]CN102188953A公開了一種用于處理氨氮廢水的改性粉煤灰，通過如下方法制得:將NaOH與粉煤灰按比例混合均勻后在低溫下煅燒，待冷卻后研磨過篩，然后加入I?5倍重量的水，混合、攪拌，升溫至70°C后停止攪拌，恒溫凝膠1.5?2h，再升溫至100°C，恒溫晶化3?4h，抽濾，用水洗至中性，烘干，冷卻后研磨過篩，制得。該方法采用堿性處理、煅燒改性，期間有升溫降溫過程，使溫度控制過程復(fù)雜，同時，用普通水洗一般會對改性造成影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種處理工業(yè)生產(chǎn)廢水的稀土負(fù)載改性粉煤灰的制備方法，該方法具有制備容易、以廢治廢，操作簡單，成本低等優(yōu)點，充分發(fā)揮出了粉煤灰自身的吸附性能，比較明顯的提高了粉煤灰吸附廢水中氨氮的能力。
[0010]本發(fā)明的具體步驟如下:
1)將原料粉煤灰加蒸餾水用超聲波洗滌，烘干，過0.074_篩，取篩下粉煤灰；
2)按固液比，將粉煤灰與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5?15%硫酸均勻混合，并攪拌I?3小時，浸泡8?24小時;然后用去離子水漂洗、過濾并干燥；
3)將用硫酸預(yù)處理的粉煤灰與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4?0.8%氯化鈰和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6?1.0%氯化鑭溶液按固液比均勻混合，并滴入NaOH水溶液調(diào)節(jié)pH為8?10，攪拌I?3小時，浸泡8?24小時；
4)過濾、干燥后，500?900W微波加熱5?15分鐘，自然冷卻后即為本發(fā)明所述稀土改性粉煤灰。
[0011]所述粉煤灰與5?15%硫酸的固液比為1:3-4。
[0012]所述硫酸預(yù)處理的粉煤灰與0.4-0.8%氯化鈰水溶液和0.6-1.0%氯化鑭水溶液的固液比為1:3?5:3?5。
[0013]粉煤灰由于經(jīng)過高溫燃燒，其中的一些價鍵與活性Al2O3以及一些多孔結(jié)構(gòu)，都是以穩(wěn)定形式或者封閉形式存在，使得其天然活性并不是很高。打開S1-Al鍵、激發(fā)Al2O3等物質(zhì)結(jié)構(gòu)活性、打開封閉的孔道，增加暴露的表面積，是對粉煤灰改性的重要機理依據(jù)。
[0014]本發(fā)明中，超聲波下蒸餾水的洗滌，能夠有效消除一些殘存的雜質(zhì)對天然粉煤灰的覆蓋;經(jīng)過篩分，保證了較大的表面積容量;用不同濃度的硫酸對預(yù)處理樣進行一定時間的酸浸，打開了其中封閉的價鍵與多孔結(jié)構(gòu)，為下一步改性提供了良好的基礎(chǔ)。
[0015]經(jīng)過洗滌、篩分、酸浸后的粉煤灰，與氯化鈰和氯化鑭溶液充分混合并浸泡，其目的在于使鈰鑭元素能夠在粉煤灰的表面與孔道中充分填充、覆蓋。鈰鑭元素的活性主要是體現(xiàn)于氧化物，當(dāng)把經(jīng)過稀土處理浸泡過的粉煤灰于微波加熱、反應(yīng)，稀土元素的改性粉煤灰中活性表面與結(jié)構(gòu)得到充分激活，大大提升了粉煤灰對廢水中有害物質(zhì)的吸附能力。
【具體實施方式】
[0016]以下實施例只是作為對本發(fā)明的具體說明，并不代表對本發(fā)明應(yīng)用的限制。
[0017]實施例1
將原料粉煤灰用蒸餾水在超聲波清洗機中洗滌、然后烘干，過0.074mm振動篩篩分，取篩下粉煤灰;與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的硫酸按1:3固液比于容器中均勻混合并攪拌I小時，浸泡8小時，然后用去離子水漂洗、過濾并進行干燥;將用酸預(yù)處理的粉煤灰與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的氯化鈰和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%的氯化鑭溶液按1:3:3固液比于容器中均勻混合，并滴入NaOH水溶液調(diào)節(jié)pH為8，攪拌I小時，浸泡8小時;過濾、干燥后550W微波加熱5分鐘，自然冷卻后得到所述稀土改性粉煤灰。
[0018]用實施例1得到的稀土負(fù)載改性粉煤灰處理pH為7，氨氮含量為10mg/!的氨氮廢水，在25°C恒溫水浴振蕩器上反應(yīng)Ih，與原料粉煤灰氨氮的去除率13%相比，提高到64%。
[0019]實施例2
將原料粉煤灰用蒸餾水在超聲波清洗機中洗滌、然后烘干，過0.074mm振動篩篩分，取篩下粉煤灰;與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的硫酸按1:3固液比于容器中均勻混合并攪拌I小時，浸泡16小時，然后用去離子水漂洗、過濾并進行干燥;將用酸預(yù)處理的粉煤灰與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的氯化鈰和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%的氯化鑭溶液按1:3: 3固液比于容器中均勻混合，并滴入NaOH水溶液調(diào)節(jié)pH為9，攪拌I小時，浸泡16小時;過濾、干燥后650W微波加熱10分鐘，自然冷卻后得到所述稀土改性粉煤灰。
[0020]處理方法同實施例1，氨氮的去除率提高到72%。
[0021]實施例3
將原料粉煤灰用蒸餾水在超聲波清洗機中洗滌、然后烘干，過0.074mm振動篩篩分，取篩下粉煤灰;與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的硫酸按1:4固液比于容器中均勻混合并攪拌2小時，浸泡16小時，然后用去離子水漂洗、過濾并進行干燥;將用酸預(yù)處理的粉煤灰與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7%的氯化鈰和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%的氯化鑭溶液按1:4:4固液比于容器中均勻混合，并滴入NaOH水溶液調(diào)節(jié)pH為10，攪拌2小時，浸泡16小時;過濾、干燥后800W微波加熱10分鐘，自然冷卻后得到所述稀土改性粉煤灰。
[0022]處理方法同實施例1，氨氮的去除率提高到85%。
[0023]實施例4
將原料粉煤灰用蒸餾水在超聲波清洗機中洗滌、然后烘干，過0.074mm振動篩篩分，取篩下粉煤灰;與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的硫酸按1:4固液比于容器中均勻混合并攪拌3小時，浸泡24小時，然后用去離子水漂洗、過濾并進行干燥;將用酸預(yù)處理的粉煤灰與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%的氯化鈰和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的氯化鑭溶液按1:5: 5固液比于容器中均勻混合，并滴入NaOH水溶液調(diào)節(jié)pH為10，攪拌3小時，浸泡24小時;過濾、干燥后850W微波加熱15分鐘，自然冷卻后得到所述稀土改性粉煤灰。
[0024]處理方法同實施例1，氨氮的去除率提高到89%。
【主權(quán)項】
1.一種稀土負(fù)載改性粉煤灰的制備方法，其特征是步驟如下: 1)將原料粉煤灰加蒸餾水用超聲波洗滌，烘干，過0.074_篩，取篩下粉煤灰； 2)按固液比，將粉煤灰與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5?15%硫酸均勻混合，并攪拌I?3小時，浸泡8?24小時;然后用去離子水漂洗、過濾并干燥； 3)將用硫酸預(yù)處理的粉煤灰與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4-0.8%氯化鈰和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6-1.0%氯化鑭溶液按固液比均勻混合，并滴入NaOH水溶液調(diào)節(jié)pH為8?10，攪拌I?3小時，浸泡8?24小時； 4)過濾、干燥后，500?900W微波加熱5?15分鐘，自然冷卻后即為本發(fā)明所述稀土改性粉煤灰。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土負(fù)載改性粉煤灰的制備方法，其特征是所述粉煤灰與5?15%硫酸的固液比為1:3-4。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土負(fù)載改性粉煤灰的制備方法，其特征是所述硫酸預(yù)處理的粉煤灰與0.4-0.8%氯化鈰水溶液和0.6-1.0%氯化鑭水溶液的固液比為1:3-5:3?5。
【文檔編號】B01J20/30GK106000288SQ201610431852
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月17日
【發(fā)明人】王成行, 胡真, 邱顯揚, 王晨亮, 李沛?zhèn)? 汪泰, 李漢文, 湯玉和, 宋寶旭, 鄒堅堅, 付華, 武魯慶, 胡佛明
【申請人】廣東省資源綜合利用研究所