一種零價鐵包覆竹炭基多孔陶粒及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種零價鐵包覆竹炭基多孔陶粒及其制備方法和應(yīng)用，以α-Al2O3粉料為陶粒主體骨料，粘土及膨潤土為副骨料，表面活化處理后的竹屑為竹炭制備材料與造孔劑進(jìn)行聯(lián)用制孔，無需添加燒結(jié)助劑或粘結(jié)劑，在400~600℃下采用分級燒結(jié)一次性成型得到竹炭基多孔陶粒，然后通過包覆材料的還原包覆過程，制得零價鐵包覆竹炭基多孔陶粒產(chǎn)品，其為深黑色小球，粒徑為2~10mm，內(nèi)部呈多孔蜂窩球狀結(jié)構(gòu)，表面孔徑為15~25μm，吸水率為20~35%，比表面積為40～60m2/g。本發(fā)明的方法原料環(huán)保易得，制備工藝簡單、節(jié)能，處理污染物多樣，適合用于煙道氣、重金屬廢水、含酚廢水、乳化油廢水、印鈔及印染廢水等生物難降解廢水的處理。
【專利說明】一種零價鐵包覆竹炭基多孔陶粒及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于精細(xì)化工和環(huán)境友好材料領(lǐng)域，具體涉及一種用于廢氣和廢水處理的 包覆型竹炭多孔陶粒及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 竹粉不僅是常用的填充助劑，更是許多產(chǎn)品的原材料，其適用行業(yè)十分廣泛，可作 為竹塑制品、皮革、服裝、造紙、室外裝飾材料、建筑材料等多種產(chǎn)品的原料。每一件竹制產(chǎn) 品經(jīng)過造型、打磨等工序，都會產(chǎn)生大量的竹屑和竹粉。竹屑干物質(zhì)含量中的纖維素、半纖 維素含量均高于雜木屑，木質(zhì)素含量亦超過雜木屑。木材資源再生速度緩慢，耗時長，價格 也相對較高，將廢舊竹屑等生物質(zhì)資源再生利用是解決木材資源短缺問題的有力途徑。
[0003] 陶瓷材料因其自身的優(yōu)異性能常用于污染物處理研究，在用做過濾、吸附、催化材 料和催化劑載體以及輕質(zhì)部件和絕熱材料時，陶瓷材料應(yīng)具有較高的氣孔率。但普通陶瓷 材料內(nèi)部較多的氣孔結(jié)構(gòu)會降低自身的力學(xué)性能，因此如何制備具有較高氣孔率的陶瓷產(chǎn) 品成為研究多孔材料的主要方向。近年來，人們通過控制氣孔的尺寸、數(shù)量、形貌、位置等結(jié) 構(gòu)參數(shù)將陶瓷材料耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、生物相容性等性能和氣孔材料的密度低、熱絕 緣性、高比表面積、高滲透性等特性的有效結(jié)合，使得多孔陶瓷廣泛應(yīng)用于水環(huán)境、大氣環(huán) 境污染處理方面。
[0004] 多孔陶瓷最具代表性的應(yīng)用之一是用于流體中顆粒物的過濾和分離。多孔陶瓷過 濾器在柴油發(fā)動機(jī)中用于捕集尾氣中的顆粒物，稱為柴油顆粒過濾器（DPF)。由于柴油發(fā)動 機(jī)的燃燒效率高，二氧化碳排放量低，市場前景廣闊，因此對柴油微粒過濾器的市場需求量 也逐年增加。在水處理領(lǐng)域，陶粒過濾材料可應(yīng)用于生活飲用水處理、工廠工藝用水制備、 工業(yè)循環(huán)水凈化及工業(yè)污水和城市生活廢水處理等。如采用硅藻土質(zhì)陶粒濾芯進(jìn)行家庭生 活飲用水凈化，具有獨特的除菌和再生性能，目前已在中國、韓國、美國、英國、日本和中國 臺灣等得到大量開發(fā)和應(yīng)用。在工業(yè)污水處理方面，陶粒膜過濾裝置用于乳化油廢水處理、 印鈔及印染廢水處理，不僅可以保證廢水達(dá)標(biāo)排放或回用，而且還可大大降低處理成本。
[0005] 零價鐵因其優(yōu)異的吸附能力而在重金屬類廢水(如砷、鉻等）處理中受到廣泛重 視。零價鐵的制備機(jī)理：Fe 2+ + 6H20 + 2BH4_ - Fe°丨+ 7H2丨+ 2B(0H)3，但粉末狀的零 價鐵顆粒易失活和凝聚，難以回收和重復(fù)利用，而且處理后需要固液分離，進(jìn)一步增加了處 理成本。如果把零價鐵負(fù)載于氧化鋁、氧化硅、沸石和活性炭等載體上，不但可以保持材料 的固有特性而且可以增強(qiáng)其穩(wěn)定性，同時適用于反應(yīng)器操作。將高活性的零價鐵有效地負(fù) 載于載體上，提高其活性和穩(wěn)定性，用于環(huán)境污染物的處理，是今后多孔吸附材料在環(huán)境領(lǐng) 域的發(fā)展方向之一。
[0006] 但在實際生產(chǎn)中，不少包覆型竹炭基多孔陶粒制備工藝不完善，骨料成分配比不 合理，使制得的多孔陶粒球體抗壓強(qiáng)度不夠、耐酸耐堿性能不強(qiáng)；前期對竹屑預(yù)處理效果不 佳導(dǎo)致陶粒燒結(jié)所需溫度達(dá)到80(Tl30(rC，制備過程能耗較大；制備的多孔陶粒產(chǎn)品包覆 后處理污染物單一或處理效率較低等。因此急需一種包覆型竹炭多孔陶粒的制備方法的出 現(xiàn)，用于制備適于處理廢氣廢水中不同類型污染物，具有良好的物理強(qiáng)度，且能適應(yīng)強(qiáng)酸強(qiáng) 堿等處理環(huán)境的包覆型竹炭基多孔陶粒，便于推廣。故本發(fā)明制備的零價鐵包覆竹炭基多 孔陶粒，不僅制備工藝簡單，生產(chǎn)能耗成本低，使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，處理污染物多樣、能促進(jìn) 廢舊竹屑等生物質(zhì)材料回收利用，是一種生物質(zhì)資源化、無污染環(huán)保型的生產(chǎn)工藝。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明的目的在于針對目前我國包覆型竹炭多孔陶粒生產(chǎn)工藝存在制備工藝復(fù) 雜、反應(yīng)時間長、能源消耗大、生產(chǎn)原料成本高、產(chǎn)品物理強(qiáng)度較低，不利于處理環(huán)境復(fù)雜的 污染物，且處理污染物種類較為單一等問題，提供一種零價鐵包覆竹炭基多孔陶粒及其制 備方法和應(yīng)用，采用表面活化后的竹屑與多孔陶粒制備工藝相結(jié)合的方式制得的零價鐵包 覆竹炭基多孔陶粒產(chǎn)品具有良好的物理強(qiáng)度，無需添加燒結(jié)助劑或粘結(jié)劑，對強(qiáng)酸強(qiáng)堿環(huán) 境適應(yīng)性強(qiáng)，處理污染物種類多樣，對煙道氣、重金屬廢水、含酚廢水、乳化油廢水、印鈔及 印染廢水等生物難降解廢氣和廢水處理效果良好；生產(chǎn)工藝條件簡單、生產(chǎn)制備能耗成本 低，是一種生物質(zhì)資源化、無污染環(huán)保型的生產(chǎn)工藝，便于推廣使用。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實施的： 一種零價鐵包覆竹炭基多孔陶粒是以a -A1203粉料為陶粒主體骨料，粘土及膨潤土為 副骨料，表面活化處理后的竹屑為竹炭制備材料與造孔劑進(jìn)行聯(lián)用制孔，無需添加燒結(jié)助 劑或粘結(jié)劑，在40(T60(rC下采用分級燒結(jié)一次性成型得到竹炭基多孔陶粒，然后通過包覆 材料的還原包覆過程，制得零價鐵包覆竹炭基多孔陶粒產(chǎn)品，其為深黑色小球，粒徑為2~10 mm，內(nèi)部呈多孔蜂窩球狀結(jié)構(gòu)，表面孔徑為15~25 ii m，吸水率為20~35%，比表面積為40? 60m2/g。
[0009] -種制備如上所述的零價鐵包覆竹炭基多孔陶粒的方法包括以下步驟： (1) 竹屑的表面活化：將烘干的竹屑破碎后，放入表面活化劑中，8(T95°C下恒溫攪拌 0.5~2 h后，經(jīng)抽濾、烘干后得到表面活化的竹屑； (2) 竹炭基多孔陶粒的制備：將步驟（1)中制得的表面活化的竹屑、a -A1203粉料、造 孔劑、粘土、膨潤土及水混勻后，制成粒徑為2~10 mm的陶粒，烘干后，在40(T600°C下炭化 0. 5?3. 0 h、活化0. 5?6. 0 h后，冷卻至5(T90°C，浸入酸化劑中攪拌1.0?2. 0 h，經(jīng)中和、水 洗、干燥得到竹炭基多孔陶粒； (3) 還原包覆：氮氣保護(hù)下，將步驟（2)制得的竹炭基多孔陶粒浸漬于包覆材料溶液 中，攪拌均勻后，堿性條件下逐漸加入包覆還原劑，反應(yīng)〇. 5~3. 0 h后，得到零價鐵包覆竹炭 基多孔陶粒。
[0010] 各原料組分的質(zhì)量份數(shù)為： 竹屑：8~19份 表面活化劑：4~10. 5份 造孔劑：7?20份 粘土 ：5. 3?25. 4份 膨潤土 ：5. 5?23. 6份 a -A1203 粉料：7. 4?25. 6 份 水：14. 8?24. 4份 酸化劑：〇. 5~3份 包覆材料：5~10份 包覆還原劑：3?5. 5份。
[0011] 所述竹屑取自綠竹、梨竹、馬甲竹、龍頭竹、茨竹、大巨竹、銳藥竹、長穗竹、慈竹、四 季竹、單竹、硬頭簧、斑竹、楠竹中的一種或多種，將竹屑于90?120°C干燥后粉碎，過100目 篩。
[0012] 所述表面活化劑為氯化鋅、磷酸中一種或兩種。
[0013] 所述造孔劑為氯化銨、草酸銨、碳酸鈉、碳酸氫鈉、玉米淀粉、竹粉中的一種或多 種。
[0014] 所述酸化劑為磷酸、硝酸、鹽酸、硫酸中的一種或多種。
[0015] 所述包覆材料為硫酸亞鐵、氯化亞鐵、碳酸亞鐵中的一種或多種。
[0016] 所述包覆還原劑為硼氫化鈉、硼氫化鉀中的一種或兩種。
[0017] 所述的零價鐵包覆竹炭基多孔陶粒用于煙道氣、重金屬廢水、含酚廢水、乳化油廢 水、印鈔及印染廢水等生物難降解廢氣和廢水的處理。
[0018] 本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于：采用表面活化后的竹屑與多孔陶粒制備工藝相結(jié)合的方 式制得的零價鐵包覆竹炭基多孔陶粒產(chǎn)品具有良好的物理強(qiáng)度，無需添加燒結(jié)助劑或粘結(jié) 齊IJ，對強(qiáng)酸強(qiáng)堿環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，處理污染物種類多樣，對煙道氣、重金屬廢水、含酚廢水、乳 化油廢水、印鈔及印染廢水等生物難降解廢氣和廢水處理效果良好；生產(chǎn)工藝條件簡單、生 產(chǎn)制備能耗成本低，是一種生物質(zhì)資源化、無污染環(huán)保型的生產(chǎn)工藝，便于推廣使用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 圖1是零價鐵包覆竹炭基多孔陶粒制備工藝及應(yīng)用流程圖。
[0020] 圖2是零價鐵包覆竹炭基多孔陶粒的環(huán)境掃描電鏡圖像（100x)。
[0021] 圖3是零價鐵包覆竹炭基多孔陶粒的環(huán)境掃描電鏡圖像（1000x)。
【具體實施方式】
[0022] 以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說明，但本發(fā)明不僅限于此。
[0023] 實施例1 1.原料及用量 竹屑：12 kg 表面活化劑：8 kg 造孔劑：11 kg 粘土 ： 12 kg 膨潤土 ： 13 kg a -A1203 ： 16 kg 水：15 kg 酸化劑：1 kg 包覆材料：8 kg 包覆還原劑：4 kg 2.工藝步驟 (1)表面活化：將烘干的12 kg竹屑破碎后，放入8 kg表面活化劑中，80°C下恒溫攪拌 1 h后，抽濾去除水分，烘干后得到表面活化的竹屑。
[0024] (2)制備：將步驟（1)中制備的表面活化的竹屑、16 kg a-A1203、11 kg造孔劑、12 kg粘土、13 kg膨潤土及15 kg水按比例混勻后成球，得到粒徑為6 mm的陶粒。烘干后，在 400°C下炭化0. 5 h、600°C活化1 h后，冷卻至50°C，浸入1 kg酸化劑中攪拌1 h，中和、水 洗、干燥得到竹炭基多孔陶粒。
[0025] (3)還原包覆：將步驟（2)形成的陶粒浸漬于氮氣保護(hù)的8 kg包覆材料溶液中，攪 拌均勻后，堿性條件下將4 kg包覆還原劑逐漸加入上述混合體系中，0.5 h后得到零價鐵包 覆竹炭基多孔陶粒。
[0026] 所述表面活化劑為氯化鋅； 所述酸化劑為鹽酸和硝酸質(zhì)量比為1:3的混合物； 所述包覆材料為氯化亞鐵和硫酸亞鐵質(zhì)量比為1:3的混合物； 所述包覆還原劑為硼氫化鈉和硼氫化鉀質(zhì)量比為1:1的混合物。
[0027] 實施例2 1. 原料及用量 竹屑：13. 5 kg 表面活化劑：6. 5 kg 造孔劑：10 kg 粘土 ： 13 kg 膨潤土 ： 13 kg a -A1203 ： 16 kg 水：15 kg 酸化劑：1.5 kg 包覆材料：7. 5 kg 包覆還原劑：4 kg 2. 工藝步驟及參數(shù) (1)表面活化：將烘干的13. 5 kg竹屑破碎后，放入6. 5 kg表面活化劑中，85 °C下恒溫 攪拌1 h后，抽濾去除水分，烘干后得到表面活化的竹屑。
[0028] (2)制備：將步驟（1)中制備的表面活化的竹屑、16 kg a-Al203、10 kg造孔劑、13 kg粘土、13 kg膨潤土及15 kg水按比例混勻后成球，得到粒徑為6 mm的陶粒。烘干后，在 400°C下炭化0. 5 h、600°C活化2 h后，冷卻至60°C，浸入1.5 kg酸化劑中攪拌2 h，中和、 水洗、干燥得到竹炭基多孔陶粒。
[0029] (3)還原包覆：將步驟（2)形成的陶粒浸漬于氮氣保護(hù)的7. 5 kg包覆材料溶液中， 攪拌均勻后，堿性條件下將4 kg包覆還原劑逐漸加入上述混合體系中，1 h后得到零價鐵包 覆竹炭基多孔陶粒。
[0030] 所述表面活化劑為磷酸； 所述酸化劑為磷酸和硝酸質(zhì)量比為1:1的混合物； 所述包覆材料為碳酸亞鐵和硫酸亞鐵質(zhì)量比為1:1混合物； 所述包覆還原劑為硼氫化鈉。
[0031] 實施例3 1. 原料及用量 竹屑：13. 5 kg 表面活化劑：6. 5 kg 造孔劑：10. 5 kg 粘土 ： 12. 5 kg 膨潤土 ： 12 kg a -A1203 ： 15 kg 水：17 kg 酸化劑：1.5 kg 包覆材料：6. 5 kg 包覆還原劑：5 kg 2. 工藝步驟及參數(shù) (1)表面活化：將烘干的13. 5 kg竹屑破碎后，放入6. 5 kg表面活化劑中，90°C下恒溫 攪拌1. 5 h后，抽濾去除水分，烘干后得到表面活化的竹屑。
[0032] (2)制備：將步驟（1)中制備的表面活化的竹屑、15 kg a-Al203、10. 5 kg造孔劑、 12. 5 kg粘土、12 kg膨潤土及17 kg水按比例混勻后成球，得到粒徑為6 mm的陶粒。烘干 后，在400°C下炭化1 h、600°C活化1.5 h后，冷卻至90°C，浸入1.5 kg酸化劑中攪拌1 h， 中和、水洗、干燥得到竹炭基多孔陶粒。
[0033] (3)還原包覆：將步驟（2)形成的陶粒浸漬于氮氣保護(hù)的6. 5 kg包覆材料溶液中， 攪拌均勻后，堿性條件下將5 kg包覆還原劑逐漸加入上述混合體系中，3.0 h后得到零價鐵 包覆竹炭基多孔陶粒。
[0034] 所述表面活化劑為氯化鋅； 所述酸化劑為硫酸和磷酸質(zhì)量比為1:1的混合物； 所述包覆材料為氯化亞鐵和碳酸亞鐵質(zhì)量比1:3的混合物； 所述包覆還原劑為硼氫化鉀。
[0035]實施例4 1.原料及用量 竹屑：12 kg 表面活化劑：8 kg 造孔劑：10 kg 粘土 ： 13 kg 膨潤土 ： 10 kg a -A1203 ： 16 kg 水：16 kg 酸化劑：3 kg 包覆材料：8 kg 包覆還原劑：4 kg 2.工藝步驟及參數(shù) (1)表面活化：將烘干的12 kg竹屑破碎后，放入8 kg表面活化劑中，90°C下恒溫攪拌 0. 5 h后，抽濾去除水分，烘干后得到表面活化的竹屑。
[0036] (2)制備：將步驟（1)中制備的表面活化的竹屑、16 kg a-Al203、10 kg造孔劑、13 kg粘土、10 kg膨潤土及16 kg水按比例混勻后成球，得到粒徑為2~10 mm的陶粒。烘干后， 在400°C下炭化2 h、600°C活化0. 5 h后，冷卻至70°C，浸入3 kg酸化劑中攪拌2 h，中和、 水洗、干燥得到竹炭基多孔陶粒。
[0037] (3)還原包覆：將步驟（2)形成的陶粒浸漬于氮氣保護(hù)的8 kg包覆材料溶液中，攪 拌均勻后，堿性條件下將4 kg包覆還原劑逐漸加入上述混合體系中，1.5 h后得到零價鐵包 覆竹炭基多孔陶粒。
[0038] 所述表面活化劑為磷酸； 所述酸化劑為硫酸； 所述包覆材料為氯化亞鐵； 所述包覆還原劑為硼氫化鈉和硼氫化鉀質(zhì)量比為1:1的混合物。
[0039] 實施例5 1. 原料及用量 竹屑：8 kg 表面活化劑：4 kg 造孔劑：20 kg 粘土 ： 20 kg 膨潤土 ：8 kg a -A1203 ： 15. 5 kg 水：16 kg 酸化劑：〇. 5 kg 包覆材料：5 kg 包覆還原劑：3 kg 2. 工藝步驟及參數(shù) (1)表面活化：將烘干的8 kg竹屑破碎后，放入4 kg表面活化劑中，80°C下恒溫攪拌1 h后，抽濾去除水分，烘干后得到表面活化的竹屑。
[0040] (2)制備：將步驟（1)中制備的表面活化的竹屑、15. 5 kg a-Al203、20 kg造孔劑、 20 kg粘土、8 kg膨潤土及16 kg水按比例混勻后成球，得到粒徑為6 mm的陶粒。烘干后， 在400°C下炭化1 h、600°C活化3 h后，冷卻至80°C，浸入0. 5 kg酸化劑中攪拌2 h，中和、 水洗、干燥得到竹炭基多孔陶粒。
[0041] (3)還原包覆：將步驟（2)形成的陶粒浸漬于氮氣保護(hù)的5 kg包覆材料溶液中，攪 拌均勻后，堿性條件下將3 kg包覆還原劑逐漸加入上述混合體系中，1 h后得到零價鐵包覆 竹炭基多孔陶粒。
[0042] 所述表面活化劑為氯化鋅； 所述酸化劑為鹽酸、硝酸和磷酸質(zhì)量比為1:1:3的混合物； 所述包覆材料為氯化亞鐵和硫酸亞鐵和碳酸亞鐵質(zhì)量比為1:3:3混合物； 所述包覆還原劑為硼氫化鈉。
[0043] 實施例6 1. 原料及用量 竹屑：19 kg 表面活化劑：4 kg 造孔劑：7 kg 粘土 ： 7 kg 膨潤土 ： 14 kg a -A1203 ：20 kg 水：17 kg 酸化劑：3 kg 包覆材料：5 kg 包覆還原劑：4 kg 2. 工藝步驟及參數(shù) (1)表面活化：將烘干的19 kg竹屑破碎后，放入4 kg表面活化劑中，95°C下恒溫攪 拌1. 5 h后，抽濾去除水分，烘干后得到表面活化的竹屑。
[0044] (2)制備：將步驟（1)中制備的表面活化的竹屑、20 kg a-Al203、7 kg造孔劑、14 kg粘土、14 kg膨潤土及17 kg水按比例混勻后成球，得到粒徑為4 mm的陶粒。烘干后，在 400°C下炭化0. 5 h、600°C活化0. 5 h后，冷卻至50°C，浸入3 kg酸化劑中攪拌1 h，中和、 水洗、干燥得到竹炭基多孔陶粒。
[0045] (3)還原包覆：將步驟（2)形成的陶粒浸漬于氮氣保護(hù)的5 kg包覆材料溶液中，攪 拌均勻后，堿性條件下將4 kg包覆還原劑逐漸加入上述混合體系中，3 h后得到零價鐵包覆 竹炭基多孔陶粒。
[0046] 所述表面活化劑為磷酸； 所述酸化劑為磷酸、鹽酸和硫酸質(zhì)量比為1:1:3的混合物； 所述包覆材料為硫酸亞鐵； 所述包覆還原劑為硼氫化鈉和硼氫化鉀質(zhì)量比為1:1的混合物。
[0047]實施例7 1.原料及用量 竹屑kg 表面活化劑：6 kg 造孔劑：7. 5 kg 粘土 ：6. 5 kg 膨潤土 ： 20 kg a -A1203 ： 17 kg 水：15 kg 酸化劑：2 kg 包覆材料：5 kg 包覆還原劑：4 kg 2.工藝步驟及參數(shù) (1)表面活化：將烘干的17 kg竹屑破碎后，放入6 kg表面活化劑中，95°C下恒溫攪拌 2 h后，抽濾去除水分，烘干后得到表面活化的竹屑。
[0048] (2)制備：將步驟（1)中制備的表面活化的竹屑、17 kg a-Al203、7. 5 kg造孔劑、 6.5 kg粘土、20 kg膨潤土及15 kg水按比例混勻后成球，得到粒徑為4 mm的陶粒。烘干 后，在400°C下炭化1 h、600°C活化1 h后，冷卻至70°C，浸入2 kg酸化劑中攪拌1 h，中和、 水洗、干燥得到竹炭基多孔陶粒。
[0049] (3)還原包覆：將步驟（2)形成的陶粒浸漬于氮氣保護(hù)的5 kg包覆材料溶液中，攪 拌均勻后，堿性條件下將4 kg包覆還原劑逐漸加入上述混合體系中，1 h后得到零價鐵包覆 竹炭基多孔陶粒。
[0050] 所述表面活化劑為磷酸； 所述酸化劑為磷酸、硫酸質(zhì)量比為1:2的混合物； 所述包覆材料為硫酸亞鐵； 所述包覆還原劑為硼氫化鈉。
[0051] 實施例8 1. 原料及用量 竹屑：15 kg 表面活化劑：8 kg 造孔劑：10 kg 粘土 ：6 kg 膨潤土 ： 13 kg a -A1203 ：20 kg 水：16 kg 酸化劑：3 kg 包覆材料：6 kg 包覆還原劑：3 kg 2. 工藝步驟及參數(shù) (1)表面活化：將烘干的15 kg竹屑破碎后，放入8 kg表面活化劑中，80°C下恒溫攪拌 1 h后，抽濾去除水分，烘干后得到表面活化的竹屑。
[0052] (2)制備：將步驟（1)中制備的表面活化的竹屑、20 kg a-Al203、10 kg造孔劑、6 kg粘土、13 kg膨潤土及16 kg水按比例混勻后成球，得到粒徑為4 mm的陶粒。烘干后，在 400°C下炭化0. 5 h、600°C活化1 h后，冷卻至60°C，浸入3 kg酸化劑中攪拌1 h，中和、水 洗、干燥得到竹炭基多孔陶粒。
[0053] (3)還原包覆：將步驟（2)形成的陶粒浸漬于氮氣保護(hù)的6 kg包覆材料溶液中，攪 拌均勻后，堿性條件下將3 kg包覆還原劑逐漸加入上述混合體系中，0.5 h后得到零價鐵包 覆竹炭基多孔陶粒。
[0054] 所述表面活化劑為磷酸； 所述酸化劑為磷酸、鹽酸質(zhì)量比為1:2的混合物； 所述包覆材料為硫酸亞鐵； 所述包覆還原劑為硼氫化鈉和硼氫化鉀質(zhì)量比為1:3的混合物。
[0055] 實施例9 1. 原料及用量 竹屑：12 kg 表面活化劑：4 kg 造孔劑：14 kg 粘土 ： 7 kg 膨潤土 ： 10 kg a -A1203 ：25 kg 水：16 kg 酸化劑：3 kg 包覆材料：5 kg 包覆還原劑：4 kg 2. 工藝步驟及參數(shù) (1)表面活化：將烘干的12 kg竹屑破碎后，放入4 kg表面活化劑中，95°C下恒溫攪拌 0. 5 h后，抽濾去除水分，烘干后得到表面活化的竹屑。
[0056] (2)制備：將步驟（1)中制備的表面活化的竹屑、25 kg a-Al203、14 kg造孔劑、7 kg粘土、10 kg膨潤土及16 kg水按比例混勻后成球，得到粒徑為4 mm的陶粒。烘干后，在 400°C下炭化1 h、600°C活化1.5 h后，冷卻至50°C，浸入3 kg酸化劑中攪拌15 h，中和、水 洗、干燥得到竹炭基多孔陶粒。
[0057] (3)還原包覆：將步驟（2)形成的陶粒浸漬于氮氣保護(hù)的5 kg包覆材料溶液中，攪 拌均勻后，堿性條件下將4 kg包覆還原劑逐漸加入上述混合體系中，1 h后得到零價鐵包覆 竹炭基多孔陶粒。
[0058] 所述表面活化劑為氯化鋅； 所述酸化劑為磷酸、鹽酸和硫酸質(zhì)量比為3:1:3的混合物； 所述包覆材料為硫酸亞鐵； 所述包覆還原劑為硼氫化鉀。
[0059] 實施例10 1.原料及用量 竹屑：12 kg 表面活化劑：7 kg 造孔劑：11 kg 粘土 ： 10 kg 膨潤土 ： 12 kg a -A1203 ：20 kg 水：16 kg 酸化劑：2 kg 包覆材料：6 kg 包覆還原劑：4 kg 2.工藝步驟及參數(shù) (1)表面活化：將烘干的12 kg竹屑破碎后，放入7 kg表面活化劑中，80°C下恒溫攪拌 0. 5 h后，抽濾去除水分，烘干后得到表面活化的竹屑。
[0060] (2)制備：將步驟（1)中制備的表面活化的竹屑、20 kg a-A1203、11 kg造孔劑、10 kg粘土、12 kg膨潤土及16 kg水按比例混勻后成球，得到粒徑為4 mm的陶粒。烘干后，在 400°C下炭化1 h、600°C活化1 h后，冷卻至90°C，浸入2 kg酸化劑中攪拌1.5 h，中和、水 洗、干燥得到竹炭基多孔陶粒。
[0061] (3)還原包覆：將步驟（2)形成的陶粒浸漬于氮氣保護(hù)的6 kg包覆材料溶液中，攪 拌均勻后，堿性條件下將4 kg包覆還原劑逐漸加入上述混合體系中，1 h后得到零價鐵包覆 竹炭基多孔陶粒。
[0062] 所述表面活化劑為磷酸； 所述酸化劑為磷酸、鹽酸和硫酸質(zhì)量比為1:3:1的混合物； 所述包覆材料為硫酸亞鐵和氯化亞鐵質(zhì)量比為1:3的混合物； 所述包覆還原劑為硼氫化鈉和硼氫化鉀質(zhì)量比為1:1的混合物。
[0063] 性能測試 表1陶粒物理性能測試
【權(quán)利要求】
1. 一種零價鐵包覆竹炭基多孔陶粒，其特征在于：以α-Α1203粉料為陶粒主體骨料，粘 土及膨潤土為副骨料，表面活化處理后的竹屑為竹炭制備材料與造孔劑進(jìn)行聯(lián)用制孔，無 需添加燒結(jié)助劑或粘結(jié)劑，在40(T60(rC下采用分級燒結(jié)一次性成型得到竹炭基多孔陶粒， 然后通過包覆材料的還原包覆過程，制得零價鐵包覆竹炭基多孔陶粒產(chǎn)品，其為深黑色小 球，粒徑為2~10 mm，內(nèi)部呈多孔蜂窩球狀結(jié)構(gòu)，表面孔徑為15~25 μ m，吸水率為2(T35%，t匕 表面積為40?60m2/g。
2. -種制備如權(quán)利要求1所述的零價鐵包覆竹炭基多孔陶粒的方法，其特征在于：包 括以下步驟： (1) 竹屑的表面活化：將烘干的竹屑破碎后，放入表面活化劑中，8(T95°C下恒溫攪拌 0.5~2 h后，經(jīng)抽濾、烘干后得到表面活化的竹屑； (2) 竹炭基多孔陶粒的制備：將步驟（1)中制得的表面活化的竹屑、α -A1A粉料、造 孔劑、粘土、膨潤土及水混勻后，制成粒徑為2~10 mm的陶粒，烘干后，在40(T600°C下炭化 0. 5?3. 0 h、活化0. 5?6. 0 h后，冷卻至5(T90°C，浸入酸化劑中攪拌l.(T2. 0 h，經(jīng)中和、水 洗、干燥得到竹炭基多孔陶粒； (3) 還原包覆：氮氣保護(hù)下，將步驟（2)制得的竹炭基多孔陶粒浸漬于包覆材料溶液 中，攪拌均勻后，堿性條件下逐漸加入包覆還原劑，反應(yīng)〇. 5~3. 0 h后，得到零價鐵包覆竹炭 基多孔陶粒。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：各原料組分的質(zhì)量份數(shù)為： 竹屑：8~19份 表面活化劑：4~10. 5份 造孔劑：7?20份 粘土 ：5. 3?25. 4份 膨潤土 ：5. 5?23. 6份 α -A1203 粉料：7. 4?25. 6 份 水：14.8?24. 4份 酸化劑：〇. 5~3份 包覆材料：5~10份 包覆還原劑：3?5. 5份。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：所述竹屑取自綠竹、梨竹、馬甲竹、龍頭 竹、茨竹、大巨竹、銳藥竹、長穗竹、慈竹、四季竹、單竹、硬頭簧、斑竹、楠竹中的一種或多種， 將竹屑于90?120°C干燥后粉碎，過100目篩。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：所述表面活化劑為氯化鋅、磷酸中一種 或兩種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：所述造孔劑為氯化銨、草酸銨、碳酸鈉、 碳酸氫鈉、玉米淀粉、竹粉中的一種或多種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：所述酸化劑為磷酸、硝酸、鹽酸、硫酸中 的一種或多種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：所述包覆材料為硫酸亞鐵、氯化亞鐵、碳 酸亞鐵中的一種或多種。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：所述包覆還原劑為硼氫化鈉、硼氫化鉀 中的一種或兩種。
10. -種如權(quán)利要求1所述的零價鐵包覆竹炭基多孔陶粒的應(yīng)用，其特征在于：所述的 零價鐵包覆竹炭基多孔陶粒用于煙道氣、重金屬廢水、含酚廢水、乳化油廢水、印鈔及印染 廢水等生物難降解廢氣和廢水的處理。
【文檔編號】C04B35/64GK104291797SQ201410500179
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】劉明華, 林曉杰, 陳怡悅, 劉以凡 申請人:福州大學(xué)