專利名稱：一種硅基廢料連續吸附劑的制備方法及應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于環境廢物資源化利用與回收領域，涉及一種硅基廢料連續吸附劑的制備方法及應用。
背景技術：
近年來，由于城市化工業化的迅速發展，工農業廢棄物和城市生活垃圾劇增，染料、涂料、農藥、化肥大量生產，大量的工業廢水涌入河道，全球環境日益惡化，尤其是人類賴以生存的水體環境遭受到了嚴重的有機物和重金屬污染，并呈加劇趨勢，給社會經濟和人們的生活帶來了惡劣的影響。目前全球的水資源已經嚴重缺乏。因此，如何有效處理有機廢水和重金屬廢水成為當今水處理亟須解決的一大難題。
目前，處理有機廢水和重金屬廢水常用的方法是吸附法，常用的吸附劑是礦物質類，這方面的研究很多。國內專利號03110906. 3改性粉煤灰吸附劑及應用其吸附劑處理廢水的方法，公開了粉煤灰添加硫酸在62、0°C進行活化處理，用于去除廢水的COD和色度，硫酸浸出后主要留下娃系氧化物和娃酸鹽以及石骨相。而專利號200810046661. 2 一種SiO2顆粒表面分子印跡吸附劑及其制備方法，發明公開了一種利用目標污染物基團聚合在功能單體上形成前驅體，而后制備出具有良好選擇性的硅基吸附劑的方法。2007年國內《化學工程》報道了 “疏水硅沸石吸附1，3 一丙二醇的研究”，近期對有機物在硅表面的吸附理論研究也在不斷完善。2011年湘潭大學任翠環在碩士論文“小分子在硅表面吸附機理的理論研究”中對此作了詳細描述。2008年大連理工大學李俊寧博士學位論文“有機一無機雜化介孔硅基吸附材料的合成及應用研究”，介紹了在硅孔內部鑲嵌共聚物。這些材料的優點是利用了硅基材料的優良特性提高吸附性能，缺點是對于吸附后吸附劑材料的回收及資源化循環利用缺乏有效的途徑。本專利的主要特色是利用含硅資源豐富的廢料如粉煤灰或天然礦物如蛋白石、硅藻土等先通過鹽酸浸提活化，得到可溶性鹽溶液作它用，預處理活化后的硅基吸附劑先處理有機物廢水，對吸附有機物后的吸附劑進行低溫固碳處理，改變表面特性，再用來處理重金屬廢水；吸附飽和后用鹽酸使重金屬解吸附，回用吸附劑的同時富集重金屬離子于水中，回收后的吸附劑再用來吸附有機物，如此循環處理，可以完成有機物一重金屬離子連續吸附回用以實現資源化處理的連續吸附劑的制備。
發明內容
本發明提供了一種硅基廢料連續吸附劑的制備方法及其應用，實現硅基廢料的資源化處理的同時回收富集了重金屬。為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是先按硅基廢料與鹽酸固液比為1:4到1:15的比例將蛋白石、粉煤灰、硅藻土加入到濃度為l-5mol/L的鹽酸溶液中，在溫度為65-95°C攪拌反應1_4小時，然后洗滌至洗脫液為中性，過濾，干燥，對得到的活化固體材料用50-120目的篩分，得到吸附劑A。
將吸附劑A按吸附劑與有機物廢水固液比為1:500-1500的比例加入到廢水中攪拌，當達到吸附飽和后，固液分離，吸附飽和后的吸附劑A在不高于80°C干燥，然后在200-350°C保持熱處理2-4小時，熱處理時氧氣質量分數在O. 1%_21%之間，自然冷卻，得到一種新的固碳材料，即硅基廢料連續吸附劑B，密封保存。將硅基廢料連續吸附劑B按吸附劑與重金屬廢水固液比為1:800-1400的比例加入到廢水中攪拌，當達到吸附飽和后，固液分離，硅基廢料連續吸附劑用O. 1-0. 8mol/L的鹽酸溶液洗脫，以循環回用吸附劑。本發明的有益效果是硅基廢料利用有機廢水中的有機物作為碳源，先吸附一種有機物分子，然后在固碳熱處理過程中改變硅基廢料表面性質，從而增強硅基廢料吸附劑對重金屬的去除能力，然后以洗脫的方式回用吸附劑，富集重金屬，吸附劑進行循環回用，避免二次污染的同時實現硅基廢料的資源最大化利用，符合以廢治廢的生命周期理念，而且，本發明發現硅基廢料連續吸附劑B吸附某種特征有機物后，表現出對重金屬Pb的選擇性富集能力。該制備流程簡單，工藝環保，成本低等，可以制備對重金屬有選擇性富集作用的連續吸附劑，對重金屬廢水的處理有積極作用。
圖I本發明的工藝流程圖。圖2有機物分子結晶紫在蛋白石廢料上吸附量隨廢料吸附劑熱處理溫度變化圖。圖3重金屬Pb ( II )、Ni( II ) Xr (VI)在蛋白石連續吸附劑上吸附量隨pH變化圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例子對本發明作進一步詳細說明。實施例I :將蛋白石廢料用濃度為1-5 mol/L的鹽酸進行活化預處理1-4小時，篩分，得到的吸附劑A按固液比為1:1250的比例在15°C、20°C、30°C和40°C下與50mg/L的結晶紫溶液在130rpm的轉速下充分混合90min，吸附劑A在30°C獲得最大吸附量58. 67mg/g,并且不同熱處理后的廢料由于表面活性羥基的變化表現出不同的結晶紫吸附性能，熱處理4h，隨熱處理溫度的增加(300-700°C)，吸附量減少。如圖2所示。實施例2:250°C固碳熱處理得到的蛋白石連續吸附劑B按固液比為1:1250的比例加入到Pb( II )、Ni ( II )、Cr( VI)重金屬溶液中，在室溫下以130rpm的攪拌速度充分混合，其中吸附劑B表現出對Pb( II )的選擇吸附作用，在30min內達到吸附平衡。在同一實驗條件下，當重金屬濃度為30mg/L時，吸附劑B在室溫下對Pb( II )、Ni ( II )、Cr ( VI)的最大吸附量分別為20. 92mg/g, I. 13mg/g,0. 03mg/g(如圖3所示);吸附重金屬后的吸附劑B用
O.2mol/L的鹽酸溶液洗脫，Pb ( II )的回收率在75%，吸附劑B可以循環回用。
權利要求
1.一種硅基廢料連續吸附劑的制備方法及其應用，其特征包括如下步驟 步驟I :硅基廢料在65-95°C下用鹽酸進行浸提活化處理，趁熱用去離子水洗至中性，干燥，對得到的活化固體材料用50-120目的篩分，得到吸附劑A ;硅基廢料與鹽酸溶液的固液比為1:4到1:15 ； 步驟2 :吸附劑A在機械攪拌下與有機物溶液充分混合，達到吸附飽和后，固液分離，吸附飽和后的吸附劑A在不高于80°C干燥； 步驟3 :飽和吸附有機物后的吸附劑A進行固碳熱處理，處理溫度為200-350°C，得到一種新的表面固碳材料，即硅基廢料連續吸附劑B。
2.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述的硅基廢料是蛋白石、粉煤灰、娃藻土。
3.根據權利要求I或2所述的制備方法，其特征在于，步驟I中的鹽酸濃度為1-5mol/L,活化時間為1-4小時。
4.根據權利要求I或2所述的制備方法，其特征在于，步驟2吸附劑與有機物溶液的固液比為 1:500-1500。
5.根據權利要求I或2所述的制備方法，其特征在于，步驟3中熱處理氧氣質量百分數為O. 1%_21%，熱處理時間為2-4小時。
6.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟2吸附劑與有機物溶液的固液比為 1:500-1500。
7.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟3中熱處理氧氣質量百分數為O.1%_21%，熱處理時間為2-4小時。
8.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟3中熱處理氧氣質量百分數為O.1%_21%，熱處理時間為2-4小時。
9.權利要求I、2、6、7或8所述的方法制備的硅基廢料連續吸附劑的應用，其特征在于，硅基廢料連續吸附劑與重金屬溶液的固液比為1:800-1400，吸附后采用O. 1-0. 8mol/L鹽酸洗脫并回收富集重金屬。
10.權利要求3所述的方法制備的硅基廢料連續吸附劑的應用，其特征在于，硅基廢料連續吸附劑與重金屬溶液的固液比為1:800-1400，吸附后采用O. 1-0. 8mol/L鹽酸洗脫并回收富集重金屬。
全文摘要
本發明屬于資源回收利用技術領域，涉及一種硅基廢料連續吸附劑的制備方法及其應用。其特征是利用含硅資源豐富的廢料先用鹽酸以固液比為1:4到1:15的比例在65-95℃進行活化預處理1-4小時，活化后的硅基吸附劑材料用來吸附某種特征有機物分子，然后在200-350℃進行固碳熱處理2-4小時，熱處理氧氣質量百分數在0.1%-21%，從而制得的硅基廢料連續吸附劑B。從廢水中綁縛重金屬后用鹽酸進行解吸，重金屬富集于水中，回收后的吸附劑再用來吸附有機物，如此循環利用。本發明的連續吸附劑對重金屬Pb的選擇性富集能力，制備方法簡單，工藝環保，在避免二次污染的同時實現硅基廢料的最大資源化利用，對廢水的處理有積極作用。
文檔編號B01J20/20GK102908987SQ20121035038
公開日2013年2月6日 申請日期2012年9月19日 優先權日2012年9月19日
發明者馬偉, 宋小燕, 王刃, 徐軍, 程子洪, 呂騰飛 申請人:大連理工大學