鉛吸附劑及其制備方法和用圖
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種吸附劑及制備方法和用途，尤其是一種鉛吸附劑及其制備方法和用途。
【背景技術】
[0002]磷礦擦洗尾礦是在磷礦擦洗脫泥過程中產生的磷礦泥廢料，其長期的大量堆放不僅占用了土地、增大了尾礦庫的維護費用，也會對環境產生不利的影響。近年來，對磷礦尾礦的綜合利用有了一些較大的進展，如題為“Heavy Metal Interact1ns withPhosphatic Clay:Sorpt1n and Desorpt1n Behav1r.^ ?J.Environ.Qual.?30:1961-1968(2001)( “磷尾礦粘土與重金屬間的相互作用:吸附與脫附行為”，《環境質量》雜志2001年第30卷第1961?1968頁)的文章。該文中提及的磷尾礦粘土主要由粘土礦物(蒙脫土、高嶺土等)和少量殘留的磷灰石組成；其在用于對重金屬的吸附前，需先將磷尾礦粘土干燥、粉碎后過60目篩，并用去離子水清洗后得到作為吸附劑的產物。這種吸附劑雖能夠吸附重金屬鉛、鎘、鋅，卻與其制備方法均存在著不足之處，首先，吸附劑吸附的重金屬在環境酸度改變時存在著較高的脫附率，其中吸附的鉛在酸堿度為3(pH值)時的環境下的脫附率高達20%，從而使脫附的重金屬鉛又極易于在環境介質中移動，因而大大地降低了磷尾礦在實際治理重金屬鉛污染中的功效;其次，制備方法不能獲得具有較低鉛脫附率的產物。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題為克服現有技術中的不足之處，提供一種吸附后脫附率較低的鉛吸附劑。
[0004]本發明要解決的另一個技術問題為提供一種上述鉛吸附劑的制備方法。
[0005]本發明要解決的又一個技術問題為提供一種上述鉛吸附劑的用途。
[0006]為解決本發明的技術問題，所采用的技術方案為:鉛吸附劑由顆粒狀磷礦擦洗尾礦組成，特別是，
[0007]所述顆粒狀磷礦擦洗尾礦的比表面積為20?25m2/g，其主要由重量比為3?4:1的硅酸鈣(CaS i03)和氟磷酸鈣(Ca1 (PO4) 6F2)組成；
[0008]所述顆粒狀磷礦擦洗尾礦的粒徑為0.1?2μπι;
[0009]所述顆粒狀磷礦擦洗尾礦的表面為粗糙狀，所述粗糙狀表面的磷原子含量為5?7%。
[0010]作為鉛吸附劑的進一步改進:
[0011 ]優選地，顆粒狀磷礦擦洗尾礦含有微量的碳酸鈣、二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵和氧化鎂。
[0012]優選地，顆粒狀為片狀，其片長為0.1?2μηι、片寬為0.1?2μηι、片厚為0.1?0.5μηι。
[0013]為解決本發明的另一個技術問題，所采用的另一個技術方案為:上述鉛吸附劑的制備方法包括將風干的磷礦擦洗尾礦粉碎至< 60目，特別是主要步驟如下:
[0014]步驟I，先按照磷礦擦洗尾礦和水的體積比為I: 3?5的比例，將磷礦擦洗尾礦和水攪拌混合后超聲處理至少3h，得到混合液，再將混合液靜置至少20h后去除上層清液，得到磷礦泥；
[0015]步驟2，先按照磷礦泥和0.015?0.03mo VL的碳酸鉀溶液的體積比為1: 0.8?1.2的比例，將磷礦泥加入碳酸鉀溶液中攪拌混合并浸泡至少Ih后，超聲處理至少3h，得到混漿液，再將混漿液靜置至少20h后去除上層清液，得到混泥漿；
[0016]步驟3，先對混泥漿使用水進行至少2次的攪拌清洗、靜置去除上層清液的處理后，對其進行干燥、粉碎的處理，得到<60目的泥粉末，再將泥粉末置于空氣等離子體下處理10?15min，得到活化泥粉末；
[0017]步驟4，先按照活化泥粉末和I?300mg/L的磷水溶液的重量比為1:50?80的比例，將活化泥粉末置于磷水溶液中攪拌吸附至少3h后，靜置至少3h，去除上層清液后得到其表面含有磷酸根的活化泥粉末，再對表面含有磷酸根的活化泥粉末使用水進行至少2次的攪拌清洗、靜置去除上層清液的處理后，經干燥制得鉛吸附劑。
[0018]作為鉛吸附劑的制備方法的進一步改進:
[0019]優選地，水均為軟水，或蒸餾水，或去離子水。
[0020]優選地，超聲處理時的頻率均為40kHz。
[0021 ] 優選地，空氣等離子體下處理為流化床式空氣等離子體處理，處理時的空氣流量為50?6011117111丨11、壓強為800?900?3，微波頻率為2.456抱。
[0022]為解決本發明的又一個技術問題，所采用的又一個技術方案為:上述鉛吸附劑的用途為，
[0023]將鉛吸附劑置于含鉛水溶液中攪拌至少1min后靜置至少2h，以進行對鉛的吸附。
[0024]相對于現有技術的有益效果是:
[0025]其一，對制得的目的產物分別使用掃描電鏡、X射線衍射儀和比表面與孔隙率分析儀進行表征，由其結果可知，目的產物為顆粒狀，其粒徑為0.1?2μπι，顆粒中主要為片狀，其片長為0.1?2μπι、片寬為0.1?2μπι、片厚為0.1?0.5μπι。顆粒的表面為粗糙狀，粗糙表面的磷原子的含量為5?7%。顆粒狀目的產物主要由重量比為3?4:1的硅酸鈣和氟磷酸鈣組成，除此之外還含有微量的碳酸鈣、二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵和氧化鎂。氮氣吸附-脫附等溫曲線圖表明目的產物的比表面積為20?25m2/g。這種主要由硅酸鈣和氟磷酸鈣組成、其粗糙表面含有磷原子的顆粒狀目的產物，既由于易于結合磷酸根形成難溶的磷酸鈣鹽，又因具有合適的比表面積，還由于粗糙的表面易于吸附鉛離子，更因表面含有的磷原子，從而使其被置于含鉛水溶液中時，極易于其中的磷酸鈣與重金屬鉛形成溶度積僅為8.0X10—43的含重金屬鉛的磷酸鹽一一Pb3(PO4)2,以實現目的產物吸附鉛后的低脫附率之目的。
[0026]其二，將制得的目的產物作為鉛吸附劑，經分別對不同濃度下的含鉛水溶液進行多次多批量的測試，其吸附性能相當的好，且所吸附的鉛在酸堿度為3時，鉛的脫附率僅為
6.9%oo
[0027]其三，制備方法科學、有效。不僅制得了吸附后脫附率較低的目的產物一一鉛吸附劑，還于制作的過程中對原料磷礦擦洗尾礦進行的超聲、等離子體活化和表面磷原子含量增加的處理，增大了磷礦擦洗尾礦的反應活性，顯著地提高了磷礦擦洗尾礦中磷酸鹽的比例，為后續有效地吸附并固定重金屬鉛奠定了良好的基礎，從而使目的產物極易于廣泛地用于對水中的鉛進行吸附處理。
【附圖說明】
[0028]圖1是對制備方法制得的目的產物使用掃描電鏡(SEM)進行表征的結果之一。SEM圖像顯示出了目的產物的形貌和尺寸。
[0029]圖2是對制得的目的產物使用X射線衍射(XRD)儀進行表征的結果之一。XRD譜圖證實了目的產物的成分。
[0030]圖3是目的產物于含鉛水溶液中對鉛去除率的測試結果之一。測試時的條件為，模擬含鉛廢水的體積為100mL，含鉛廢水中Pb2+的濃度為12.48mg/L，目的產物的投入量為lg。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖對本發明的優選方式作進一步詳細的描述。
[0032]首先從市場購得或自行制得:
[0033]磷礦擦洗尾礦;作為水的軟水，或蒸餾水，或去離子水;碳酸鉀溶液;磷水溶液。
[0034]接著，
[0035]實施例1
[0036]制備的具體步驟為:
[0037]步驟I，先按照磷礦擦洗尾礦和水的體積比為1:3的比例，將磷礦擦洗尾礦和水攪拌混合后超聲處理5h;其中，水為軟水，超聲處理時的頻率為40kHz，得到混合液。再將混合液靜置20h后去除上層清液，得到磷礦泥。
[0038]步驟2，先按照磷礦泥和0.015mol/L的碳酸鉀溶液的體積比為1:1.2的比例，將磷礦泥加入碳酸鉀溶液中攪拌混合并浸泡Ih后，超聲處理3h;其中，超聲處理時的頻率為40kHz，得到混漿液。再將混漿液靜置20h后去除上層清液，得到混泥漿。
[0039]步驟3，先對混泥漿使用水進行2次的攪拌清洗、靜置去除上層清液的處理后，對其進行干燥、粉碎的處理，得到<60目的泥粉末。再將泥粉末置于空氣等離子體下處理1min;其中，空氣等離子體下處理為流化床式空氣等離子體處理，處理時的空氣流量為50mL/min、壓強為900Pa，微波頻率為2.45GHz，得到活化泥粉末。
[0040]步驟4，先按照活化泥粉末和lmg/L的磷水溶液的重量比為1:80的比例，將活化泥粉末置于磷水溶液中攪拌吸附3h后，靜置5h，去除上層清液后得到其表面含有磷酸根的活化泥粉末。再對表面含有磷酸根的活化泥粉末使用水進行2次的攪拌清洗、靜置去除上層清液的處理后，經干燥制得近似于圖1所示，以及如圖2中的曲線所示的鉛吸附劑。
[0041 ] 實施例2
[0042]制備的具體步驟為:
[0043]步驟I，先按照磷礦擦洗尾礦和水的體積比為1:3.5的比例，將磷礦擦洗尾礦和水攪拌混合后超聲處理4.5h;其中，水為軟水，超聲處理時的頻率為40kHz，得到混合液。再將混合液靜置21h后去除上層清液，得到磷礦泥。
[0044]步驟2，先按照磷礦泥和0.019mo I /L的碳酸鉀溶液的體積比為1: 1.1的比例，將磷礦泥加入碳酸鉀溶液中攪拌混合并浸泡1.3h后，超聲處理3.5h;其中，超聲處理時的頻率為40kHz，得到混漿液。再將混漿液靜置21h后去除上層清液，得到混泥漿。