一種用於水處理的磁性礦化垃圾的製備方法

2023-07-21 17:53:01 3

專利名稱：一種用於水處理的磁性礦化垃圾的製備方法
技術領域：
本發明涉及環境汙染控制新材料領域，尤其涉及一種用於水處理的磁性礦化垃圾的製備方法。
背景技術：
目前我國工業和城市生活廢水一般是混合後集中處理，導致汙水中同時含有大量的有機汙染物、磷酸鹽和各種其它汙染物，汙水處理工藝複雜且效率不高。常規的汙水處理工藝一般利用生物和化學相結合的方法除磷，但除磷效果不夠好，難以去除低濃度的磷酸根。研究表明，當湖泊中磷酸根的濃度達到0.03mg/L就可以引起富營養化。而吸附法是去除低濃度磷酸根的有效方法，其中最為關鍵的是開發高效吸附劑。汙水中難降解有機汙染物一般是通過混凝沉澱、化學氧化等工藝去除。混凝沉澱對溶解性的難降解有機汙染物去除效果較差；化學氧化對難降解有機物具有選擇性，且處理成本高，不適合處理量大面廣的城鎮汙水。礦化垃圾是指在填埋場中填埋多年(在上海一般至少在8-10年以上，北方地區10年以上)，基本達到穩定化，已可進行開採利用的垃圾。我國現有幾十座衛生和準衛生城市生活垃圾填埋場和一般堆場，已填入或堆放垃圾幾千萬噸。當中的一些垃圾經8-10年的降解後，基本上達到了穩定化狀態，因而被稱為礦化垃圾。在上海市，這種礦化垃圾至少有4000萬噸(老港垃圾填埋場2000萬噸，市區和郊區歷年來的堆場、江鎮堆場等近2000萬噸)。北京、天津、廣州等城市所堆存的礦化垃圾估計也有幾千萬噸。因此這些礦化垃圾的資源非常充足，可以認為是取之不絕用之不盡的。與一般土壤相比，礦化垃圾具有容重較小、孔隙率高、有機質含量高、陽離子交換容量(CEC)大、吸附和交換能力強的特點。特別是陽離子交換容量，礦化垃圾的陽離子交換容量更是高達0. 068mol/100g以上，比普通的砂土高出數十倍(同濟大學學報自然科學版，第34卷第10期，1360頁)。另外其孔隙率高，比表面積大，是一種理想的吸附載體，經過改性的礦化垃圾可以成為一種有效的水處理劑。公開號為102241435A的發明專利公開了一種利用礦化垃圾材料燒結製備磷聚填料的方法，該方法是將礦化垃圾和加入鋁鹽混凝劑得到的脫水汙泥混合後再高溫燒結，得到小顆粒對磷酸根吸附有一定的效果，但燒結後，表面羥基消失，不能和磷酸根發生配位交換，僅靠表面的範德華力作用，處理效果相對較低。吸附劑在水中的分離也是個問題，沒有快速的固液分離，則會影響水處理效率，增加操作成本。

發明內容
本發明的目的是為克服現有技術中礦化垃圾對廢水中磷酸根處理效果較差的不足，提供一種用於水處理的磁性礦化垃圾的製備方法。本發明採用的技術方案是依次包括如下步驟
I)將三價鐵鹽和二價鐵鹽混合，使Fe3+與Fe2+摩爾比為2 :1 2 :1. 5加到水中，配製成Fe3+、Fe2+總濃度為0. 3 3mol/L的混合溶液，將乾燥、粉碎過60 150目篩的礦化垃圾加入到溶液中，礦化垃圾與溶液的固液質量比為I : 10 50製成懸濁液，攪拌2 3h，置於70 80°C的恆溫水浴中，攪拌下滴加I I. 5mol/L的鹼溶液，鹼溶液用量為混合溶液體積的1/3 1/2，滴加完畢後繼續攪拌3 4小時；2)攪拌停止後，過濾，用蒸餾水清洗沉澱物3-5次，90-95 °C下烘3-4小時，烘乾、碾磨製得磁性礦化垃圾。步驟I)中所述的三價鐵鹽為FeCl3或Fe (NO3) 3。步驟I)中所述的二價鐵鹽為FeCl2或FeS04。上述的三價鐵鹽，二價鐵鹽是水溶性的，不然滿足不了溶液中對其濃度的要求。步驟I)中所述的鹼溶液為NaOH溶液或KOH溶液。本發明的優點是採用廢棄的垃圾經長時間填埋後得到的礦化垃圾，價格便宜，豐富易得。將一定比例的Fe2+和Fe3+在一定的條件下先通過陽離子交換的方式負載到礦化垃圾表面，再在礦化垃圾表面生成具有磁性的鐵化合，利用礦化垃圾本身就富含的羥基和鐵化合物表面的羥基，可以提高對磷酸根的吸附量，同樣道理對砷酸根等汙染物也有較好的吸附效果。在廢水處理過程中，磁性礦化垃圾吸附飽和後，能在磁場中迅速沉澱，具有良好的固液分離效果。


圖I是本發明實施例I、實施例2、實施例3製備得到的改性礦化垃圾的磁滯回線示意圖。
具體實施例方式以下進一步提供本發明的3個實施例實施例I將三價鐵鹽FeCl3和二價鐵鹽FeSO4混合，其中Fe3+ Fe2+=2 I (摩爾比)加到水中，配製成Fe3+、Fe2+總濃度為0. 3mol/L的混合溶液，將乾燥、粉碎過150目篩的礦化垃圾加入到溶液中，礦化垃圾與溶液的固液質量比為I :50製成懸濁液，攪拌3h，置於80°C的恆溫水浴中，攪拌下滴加lmol/L的NaOH溶液，NaOH溶液用量為混合溶液體積的1/3，滴加完畢後繼續攪拌4小時；攪拌停止後，過濾，用蒸餾水清洗沉澱物5次，95°C下烘4小時，烘乾、碾磨製得磁性礦化垃圾。將製得的磁性礦化垃圾用於處理含有磷酸根廢水，固液質量比比為I :1000，去除率為86. 4%，吸附量達到7. 2mg/g (以磷計)，處理後的廢水在高梯度磁分離器作用下可以迅速固液分離。而用未改性的礦化垃圾處理相同的廢水去除率僅為11. 3%，而且需要長時間沉澱分離。 實施例2將三價鐵鹽Fe (NO3) 3和二價鐵鹽FeCl2混合，其中Fe3+ Fe2+=2 :1. 5 (摩爾比)加到水中，配製成Fe3+、Fe2+總濃度為3mol/L的混合溶液，將乾燥、粉碎過60目篩的礦化垃圾加入到溶液中，礦化垃圾與溶液的固液質量比為I :10製成懸濁液，攪拌2h，置於70°C的恆溫水浴中，攪拌下滴加I. 5mol/L的KOH溶液，KOH溶液用量為混合溶液體積的1/2，滴加完畢後繼續攪拌3小時；攪拌停止後，過濾，用蒸餾水清洗沉澱物5次，95°C下烘4小時，烘乾、碾磨製得磁性礦化垃圾。將製得的磁性礦化垃圾用於處理同時含有磷酸根和砷酸根的廢水，固液質量比為I : 1000，對兩種汙染物的去除率分別為85. 6%和81. 2%，吸附量分別達到6. 5mg/g (以磷計)和10. 2mg/g(以砷計)，處理後的廢水在強磁鐵作用下可以迅速固液分離。而用未改性的礦化垃圾處理相同的廢水去除率僅分別為6. 7%和5. 3%，而且需要長時間沉澱分離。實施例3將三價鐵鹽Fe (NO3)3)和二價鐵鹽FeCl2混合，其中Fe3+ Fe2+=2 I (摩爾比)加到水中，配製成Fe3+、Fe2+總濃度為2. lmol/L的混合溶液，將乾燥、粉碎過150目篩的礦化垃圾加入到溶液中，礦化垃圾與溶液的固液質量比為I :25製成懸濁液，攪拌3h，置於80°C的恆溫水浴中，攪拌下滴加I. 5mol/L的NaOH溶液，NaOH溶液用量為混合溶液體積的1/2，滴 加完畢後繼續攪拌4小時；攪拌停止後，過濾，用蒸餾水清洗沉澱物5次，90°C下烘4小時，烘乾、碾磨製得磁性礦化垃圾。將製得的改性礦化垃圾用於處理含有砷酸根的廢水，固液比為I :1000，對砷酸根的去除率為87. 4%，吸附量達到12. lmg/g (以砷計)，處理後的廢水在高梯度磁分離器作用下可以迅速固液分離。而用未改性的礦化垃圾處理相同的廢水去除率僅為8. 5%，而且需要長時間沉澱分離。
權利要求
1.一種用於水處理的磁性礦化垃圾的製備方法，其特徵在於 步驟如下 1)將三價鐵鹽和二價鐵鹽混合，使Fe3+與Fe2+摩爾比為2:1 2 :1. 5，加到水中，配製成Fe3+、Fe2+總濃度為0. 3 3mol/L的混合溶液，將乾燥、粉碎過60 150目篩的礦化垃圾加入到溶液中，礦化垃圾與溶液的固液質量比為I :10 I :50，製成懸濁液，攪拌2 3h，置於70 80°C的恆溫水浴中，攪拌下滴加I I. 5mol/L的鹼溶液，鹼溶液用量為混合溶液體積的1/3 1/2，滴加完畢後繼續攪拌3 4小時； 2)攪拌停止後，過濾，用蒸餾水清洗沉澱物，並在90-95°C下烘3-4小時，烘乾、碾磨製得磁性礦化垃圾。
2.根據權利要求I所述的用於水處理的磁性礦化垃圾的製備方法，其特徵在於步驟I)中所述的三價鐵鹽為FeCl3或Fe(NO3)315
3.根據權利要求I所述的用於水處理的磁性礦化垃圾的製備方法，其特徵在於步驟I)中所述的二價鐵鹽為FeCl2或FeS04。
4.根據權利要求I所述的用於水處理的磁性礦化垃圾的製備方法，其特徵在於步驟I)中所述的鹼溶液為NaOH溶液或KOH溶液。
全文摘要
本發明提供一種用於水處理的磁性礦化垃圾的製備方法，步驟如下1)將三價鐵鹽和二價鐵鹽混合，配製成Fe3+、Fe2+總濃度為0.3～3mol/L的混合溶液，將乾燥、粉碎的礦化垃圾加入到溶液中，礦化垃圾與溶液的固液質量比為1∶10～50製成懸濁液，攪拌2～3h，置於70～80℃的恆溫水浴中，攪拌下滴加1～1.5mol/L的鹼溶液，鹼溶液用量為混合溶液體積的1/3～1/2，滴加完畢後繼續攪拌3～4小時；2)攪拌停止後，過濾，用蒸餾水清洗沉澱物3-5次，90-95℃下烘3-4小時，烘乾、碾磨製得磁性礦化垃圾。通過本發明的技術方案，改性後的礦化垃圾提高了對廢水中磷酸根處理效果。
文檔編號B01J20/24GK102755879SQ20121028680
公開日2012年10月31日 申請日期2012年8月13日 優先權日2012年8月13日
發明者姚超, 張天立, 李定龍, 馬建鋒 申請人:常州大學