吸附有金屬離子的吸附劑作為著色劑的應用、所得著色劑及其制備和應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種將水或廢液中的金屬離子用吸附劑吸附后作為著色劑的新用途， 還涉及一種著色劑及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002] 廢水凈化是當前人類社會發展面臨的重要問題之一。采用固體吸附劑脫除廢水中 的有害離子是廢水處理的重要組成部分和有效手段之一，但使用過的吸附劑的再生又成為 難題，即使能再生，也往往吸附效率會逐漸下降，最終只能棄用，吸附有害離子的吸附劑終 將變為固體廢棄物而成為二次污染源，目前尚無好的處理辦法。由于玻璃具有非常高的化 學穩定性，有害離子在玻璃中被玻璃網絡固化，不易浸出，因此將有害離子用于玻璃制備是 一種很好的廢物利用方法。
[0003] 在顏色玻璃、陶瓷釉或陶瓷生產過程中，有時會使用到著色劑進行著色，著色劑 可以是單一的著色劑，也可以是混合的著色劑。目前，常用的著色劑是過渡金屬離子，如鉻、 鎘、鎳、銅、鈷、錳等，通常采用昂貴的化工原料引入，而這些離子也常是工業廢水中含有的 有害離子。
[0004] 實際工業生產中，玻璃、陶瓷或陶瓷釉本身添加的著色劑量很少，著色劑不易與玻 璃、陶瓷或陶瓷釉料的配合料進行混合，因此一般采用著色劑與玻璃、陶瓷或陶瓷釉料配合 料中的大宗原料先預混再配料的方法進行配料，但這種方法需要增加配料步驟和設備，增 加了成本和操作難度。
【發明內容】
[0005] 本發明基于吸附金屬離子后的吸附劑容易造成二次污染的問題，提供了一種吸附 金屬離子后的吸附劑的新用途，將這些吸附有金屬離子的吸附劑用到著色劑領域，以實現 廢物利用，減少環境污染。
[0006] 本發明還提供了一種著色劑，該著色劑以吸附或負載在吸附劑中的金屬離子為有 效成分，為水中有害金屬離子的除去提供了徹底全面、一勞永逸的解決方案，實現了廢物有 效利用。
[0007] 本發明還提供了該著色劑的制備方法，該方法操作簡單，易于實現。
[0008] 本發明還提供了該著色劑的應用，即可以將它們為原料制備顏色玻璃或陶瓷釉或 陶瓷。
[0009] 本發明為了回收利用有害的金屬離子，將其用吸附劑吸附，吸附金屬離子后的吸 附劑因含有金屬離子，因此可以用于玻璃、陶瓷或陶瓷釉制備中，為產品上色，起到著色劑 的作用，具體技術方案如下：
[0010] 吸附有金屬離子的吸附劑作為著色劑的應用。吸附劑中含有金屬離子時，用這一 吸附劑制備某些產品時會使產品產生顏色或顏色變化，因此含有金屬離子的吸附劑可以作 為著色劑使用。
[0011] 上述應用中，優選可以作為玻璃、陶瓷或陶瓷釉的著色劑。尤其是，當吸附劑是適 合作為玻璃、陶瓷或者陶瓷釉的原料時，例如吸附劑為硅砂或改性硅砂時。
[0012] 本發明還提供了一種著色劑，有效成分為負載在吸附劑中的金屬離子。
[0013] 上述著色劑中，所述金屬離子為二價鎳離子、二價鈷離子、六價或三價鉻離子、二 價鎘離子。
[0014] 上述著色劑中，所述吸附劑可以是任何能夠吸附金屬離子的無機材料，例如硅砂、 沸石、分子篩、粘土等。優選可以是能夠用作某些有色產品的原料的吸附劑。當吸附劑本身 可以作為有色產品的原料時，著色劑在引入金屬離子的同時也引入了某一原料，因此著色 劑可以代替部分或全部的某一原料。當吸附劑本身不是有色產品的原料時，著色劑的用量 要適當，不能影響產品的性能。
[0015] 上述著色劑中，所述吸附劑優選為硅砂或改性硅砂。所述改性硅砂可以是采用現 有技術中公開的方法進行改性的硅砂，例如以鐵及其化合物包覆硅砂形成的改性硅砂，錳、 鋁、鎂等的氧化物或氫氧化物包覆硅砂形成的改性硅砂等，優選的改性硅砂為經多孔二氧 化硅改性得到的改性硅砂。
[0016] 上述著色劑中，優選的，經多孔二氧化硅改性的改性硅砂按照下述a或b的方法制 得：
[0017] 方法a: (1) 向三嵌段聚合物P123、水和酸洗石英砂的混合物中先加入水玻璃混合均勻，再在 快速攪拌下加入鹽酸混合均勻，得反應體系；或者向三嵌段聚合物P123、水和酸洗石英砂 的混合物中先加入鹽酸混合均勻，再加入水玻璃混合均勻，得反應體系； (2) 將上述反應體系攪拌均勻，在25-80°C下震蕩反應lh~24h，使水玻璃反應生成二 氧化硅并包覆在石英砂表面； (3) 反應后，洗滌、過濾，取沉淀烘干； (4) 將烘干的沉淀直接煅燒除去三嵌段聚合物P123,得改性石英砂；或者再重復（1)、 (2)和（3)的步驟2-4次，對石英砂進行多次二氧化硅包覆，多次包覆后的石英砂經烘干、煅 燒除去三嵌段聚合物P123,得改性石英砂；
[0018]方法b: (1) 將十六烷基三甲基溴化銨與硅砂在水中在25-80°C下混合，然后加入氫氧化鈉溶 液使體系呈堿性，再滴入正娃酸四乙酯，在25-80°C下反應l_24h，使正娃酸四乙酯水解形 成的二氧化娃包覆在娃砂表面； (2) 反應后洗滌、過濾反應液，取沉淀干燥； (3) 將干燥的沉淀直接煅燒除去十六烷基三甲基溴化銨，得多孔二氧化硅改性硅砂； 或者再重復（1)和（2)的步驟2-4次，對硅砂進行多次二氧化硅包覆，多次包覆后的硅砂經 干燥、煅燒除去十六烷基三甲基溴化銨，得多孔二氧化硅改性硅砂。
[0019]上述方法a中，各反應物的用量關系如下：三嵌段聚合物P123:水：水玻璃：石英 砂=0? 1-0. 5g:40ml:1ml:2_10g。
[0020] 上述方法a中，當鹽酸的濃度為lmol/L時，鹽酸與水玻璃的體積比為3. 2-10:1。
[0021] 上述方法a中，步驟⑶優選在90°C烘干3h。
[0022] 上述方法a中，步驟（4)優選在550°C煅燒6h除去三嵌段聚合物P123。
[0023] 上述方法b中，十六烷基三甲基溴化銨：水：正硅酸四乙酯：硅砂的用量比為： 0.045g-〇. 54g：3.7-265ml：0.5-4ml：l-10g〇
[0024] 上述方法b中，當氫氧化鈉溶液的濃度為0. 175-0. 6mol/L時，氫氧化鈉溶液與水 的體積比為10 :3. 7-265。
[0025] 上述方法b中，步驟（3)優選在90 °C烘干3h。
[0026] 上述方法b中，步驟（3)優選在550 °C煅燒6h除去十六烷基三甲基溴化銨。
[0027] 上述方法中，金屬離子在吸附劑中的含量取決于吸附劑的吸附能力和吸附工藝條 件，金屬離子在吸附劑中的含量小于等于吸附劑的最大吸附量。采用比表面積大、吸附能力 好的吸附劑時，吸附的金屬離子的含量高。
[0028] 上述方法中，吸附劑可以采用任意方法吸附金屬離子，最常規的方法是將吸附劑 加入含有金屬離子的水溶液或者廢水中，通過攪拌、震蕩等手段將金屬離子負載到吸附劑 中，然后將吸附劑干燥。本領域技術人員可以通過調整吸附劑的種類、吸附劑的吸附次數、 金屬離子的濃度、吸附溫度、時間等條件控制金屬離子的吸附量。采用本發明實施例中的方 式進行吸附時，吸附劑中金屬離子的含量為〇. 024-2. 04mg/g。