一种复合吸附材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合吸附材料及其制备方法，以复合吸附材料重量为基准，包括5%‑50%煤粉灰、10%‑50%的活性炭及10%‑60%方沸石与丝光沸石共晶物；其中粉煤灰与共晶物之间通过活性炭连成一体；复合吸附材料的比表面积为300‑1800m

【技术实现步骤摘要】
一种复合吸附材料及其制备方法
本专利技术涉及环保领域，具体涉及一种以煤粉灰、沸石共晶物及活性炭材料的三元复合吸附材料及其制备方法。
技术介绍
随着石油化工及相关产业的发展，有机废水已经成为主要的水体污染源之一。有机废水成分复杂，有机物含量大，且大多数是以苯、萘、蒽、醌等芳香基团为母体的形式存在，具有色度深、毒性强、难降解等特点，对水环境构成了日益严重的威胁。另外，随着工业的迅速发展及废水的不合理排放，水体中重金属的污染也越来越严重，重金属废水主要来自采矿、冶炼、电子、电镀、农药、颜料制造等行业，通常以一种或者两种重金属污染物为主，多种无机和有机污染物共存。重金属污染的毒性大、在环境中不易代谢、易生物富集、易通过食物链进入人体，严重危害人类健康。目前针对上述有机和重金属污染废水的处理方法较多，包括氧化法、光催化法、混凝法、膜分离法及吸附法等。以上处理方法中，各有利弊，其中的吸附法操作简单，使用较为广泛。CN201310733073.7提供了一种处理亚甲基蓝染料废水的方法，以硅藻土、等为原料制备吸附剂负载酵母处理染料有机废水。该方法中使用的莫来石、方沸石、硅藻土类吸附剂比表面积较低，对各种有机分子污染物吸能力有限。同时，所用到的酵母对无机金属离子不能起吸附或降解作用。CN201510688988.X提供一种改性核桃壳活性炭吸附剂及其制备方法，主要用于重金属离子的吸附脱除，对于有机类的污染物作用有限。现有的吸附法处理工业污水采用的吸附材料普遍具有以下缺点：不同吸附材料的饱和吸附容量各异，且受制于吸附剂的孔隙结构和表面结构，单一性质的吸附材料很难实现广谱性地处理水体中种类繁多、性质各异的有机及无机污染物。因此，开发一种简单而且可以高效地协同处理有机及无机废水的吸附材料具有重要的意义。
技术实现思路
针对现有不足，本专利技术提供了一种复合吸附材料及其制备方法。本专利技术的复合吸附材料具有微孔、介孔和大孔多级孔道，可以广谱性地吸附废水中存在的各种有机污染物及重金属离子。本专利技术的复合吸附材料，以复合吸附材料重量为基准，包括5%-50%煤粉灰、10%-50%的活性炭及10%-60%方沸石与丝光沸石共晶物；其中粉煤灰与共晶物之间通过活性炭连成一体；复合吸附材料的比表面积为300-1800m2/g，优选为800~1600m2/g，孔容为0.3-1.5cm3/g，优选为0.5~1.2cm3/g，机械强度为10-25N/mm。本专利技术的复合吸附材料中，煤粉灰粒度为100-1000目，优选为300-500目；煤粉灰孔径为1-200μm，优选为5-100μm。本专利技术的复合吸附材料中，纳米方沸石与丝光沸共晶物以共晶物重量为基准，纳米丝光沸石含量为35%-70%，方沸石含量为30%-65%；丝光沸石晶粒形状为近圆片状，直径为25-1000nm，厚度为20-200nm，方沸石晶粒为近球状，直径为20-600nm。本专利技术的复合吸附材料的制备方法，包括如下内容：(一)丝光沸石与方沸石共晶物的制备（1）将硅源、碱源、有机模板剂M和水混合均匀，密闭水热处理，物料冷却至室温，然后再将铝源加入到水热处理后的物料中，混合均匀；（2）将步骤（1）的物料经老化、晶化、洗涤、干燥和焙烧，得到丝光沸石与方沸石共晶颗粒。步骤（1）中所述有机模板剂M的分子式为C5H5N(CH2)nC6H14N•X1X2，结构式如下式：其中n数值为3-6，n代表直链烷烃的不同的碳原子数及碳链长度，X1、X2分别为卤素原子，优选为Cl和/或Br，X1与X2可以为相同的卤素，也可以是不相同的卤素，例如：二溴（氯）代1-氮甲基吡咯基-3-氮甲基哌啶基丙烷，二溴（氯）代1-氮甲基吡咯基-4-氮甲基哌啶基丁烷，二溴（氯）代1-氮甲基吡咯基-5-氮甲基哌啶基戊烷，二溴（氯）代1-氮甲基吡咯基-6-氮甲基哌啶基己烷，（1-溴（氯），3-氯（溴））代-1-氮甲基吡咯基-3-氮甲基哌啶基丙烷，（1-溴（氯），4-氯（溴））代-1-氮甲基吡咯基-4-氮甲基哌啶基丁烷，（1-溴（氯），5-氯（溴））代-1-氮甲基吡咯基-5-氮甲基哌啶基戊烷，（1-溴（氯），6-氯（溴））代-1-氮甲基吡咯基-6-氮甲基哌啶基己烷。步骤（1）所述的碱源为碱金属氢氧化物，优选为氢氧化钠。步骤（1）所述的硅源为硅溶胶、硅胶、白炭黑、水玻璃、硅酸乙酯-28、硅酸乙酯-32或硅酸乙酯-40、硅藻土及硅醇盐中的一种或其组合物，优选为硅溶胶、白炭黑、硅酸乙酯-28、硅酸乙酯-32或硅酸乙酯-40中的一种或几种。步骤（1）所述的铝源选自偏铝酸钠、硝酸铝、氯化铝、硫酸铝、氧化铝和氢氧化铝及有机醇铝中的一种或其组合物，优选为偏铝酸钠、异丙醇铝和仲丁醇铝中的一种或几种。步骤（1）所述的混合方式为机械搅拌、磁力搅拌或振荡的任一方式。步骤（1）中所述的碱源、铝源、水、硅源、有机模板剂M，以下列物质计，其比例关系满足：SiO2/Al2O3摩尔比为5-80，M/SiO2摩尔比为0.05-0.25，H2O/SiO2摩尔比为20-100，OH-/SiO2摩尔比为0.5-1.0。步骤（1）所述的密闭水热处理条件为：在80-130℃密闭水热处理1-24小时。步骤（2）所述的老化条件为：老化温度30~80℃，老化时间为0.5~10小时，优选1~6小时，更优选为2~5小时，在搅拌条件下进行，进一步优选为超声分散及搅拌共同作用下进行老化；其中所述超声条件为：超声分散的能量密度为0.2-4kW/L，超声与搅拌作用的时间为2-5小时；所述搅拌的方式包括机械搅拌和/或磁力搅拌。步骤（2）所述的晶化过程在反应釜中进行，晶化条件为：晶化温度为140-220℃，优选170-190℃，晶化反应5-200小时，优选为48-170小时，压力为反应釜的自生压力。上述步骤中所述的产物洗涤、干燥和焙烧过程为本领域常规过程，本专利技术采取的处理条件为：使用蒸馏水将反应产物洗涤至中性，然后在80-150℃干燥5-24小时，焙烧温度为500-800℃，焙烧时间为2-10小时。(二)将煤粉灰与丝光沸石与方沸石共晶物混合均匀，然后再加入酚醛树脂溶液混捏成粘团，然后成型，成形物高温碳化，得到复合吸附材料。所述的碳化条件：惰性气体保护下，升温至600-1000℃，升温速率为0.1-20℃/分钟，碳化时间为3-12小时。本专利技术的复合吸附剂包含的煤粉灰本身具有天然的多级孔隙结构，有利于过滤废水中的胶质、大分子有机物等大尺寸组分，吸附剂中酚醛树脂碳化后形成的炭质材料孔隙结构发达，可以用于小分子有机物及金属离子的吸附，共晶物中丝光沸石与方沸石都属于纳米级小晶粒尺寸，外表面发达可以进一步深度吸附小分子有机物及金属离子，共晶物又具有一定的孔径，可以进一步扩大可吸附分子的范围。因此本专利技术的复合吸附材料可以应用于废水处理，广谱性地同时实现对工业废水中种类繁多、性质各异的有机及无机污染物的有效吸附脱除，方法简单、易于操作。附图说明图1为实施例1合成的丝光沸石与方沸石共晶物的X射线衍射谱。图2为实施例1合成的丝光沸石与方沸石共晶物的扫描电镜图像。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术方法加以详细的说明。沸石的晶型采用X射线衍射表征，形貌及尺寸采用扫描电子显微镜进行观察及尺寸测量。比表面积、孔容采用低温氮气吸附法测定。机械强度测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合吸附材料，其特征在于：以复合吸附材料重量为基准，包括5%‑50%煤粉灰、10%‑50%的活性炭及10%‑60%方沸石与丝光沸石共晶物；其中粉煤灰与共晶物之间通过活性炭连成一体。

【技术特征摘要】
1.一种复合吸附材料，其特征在于：以复合吸附材料重量为基准，包括5%-50%煤粉灰、10%-50%的活性炭及10%-60%方沸石与丝光沸石共晶物；其中粉煤灰与共晶物之间通过活性炭连成一体。2.按照权利要求1所述的复合吸附材料，其特征在于：复合吸附材料的比表面积为300-1800m2/g，孔容为0.3-1.5cm3/g，机械强度为10-25N/mm。3.按照权利要求1所述的复合吸附材料，其特征在于：煤粉灰粒度为100-1000目，煤粉灰孔径为1-200μm。4.按照权利要求1所述的复合吸附材料，其特征在于：纳米方沸石与丝光沸共晶物以共晶物重量为基准，纳米丝光沸石含量为35%-70%，方沸石含量为30%-65%；丝光沸石晶粒形状为近圆片状，直径为25-1000nm，厚度为20-200nm，方沸石晶粒为近球状，直径为20-600nm。5.一种权利要求1所述的复合吸附材料的制备方法，其特征在于包括如下内容：（一）丝光沸石与方沸石共晶物的制备：（1）将硅源、碱源、有机模板剂M和水混合均匀，密闭水热处理，物料冷却至室温，然后再将铝源加入到水热处理后的物料中，混合均匀；所述的有机模板剂M分子式为C5H5N(CH2)nC6H14N•X1X2，n数值为3-6，n代表直链烷烃的不同的碳原子数及碳链长度，X1、X2分别为卤素原子；（2）将步骤（1）的物料经老化、晶化、洗涤、干燥和焙烧，得到丝光沸石与方沸石共晶颗粒；（二）将煤粉灰与丝光沸石与方沸石共晶物混合均匀，然后再加入酚醛树脂溶液混捏成粘团，然后成型，成形物高温碳化，得到复合吸附材料。6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：丝光沸石与方沸石共晶物的制备中，有机模板剂M为二溴（氯）代1-氮甲基吡咯基-3-氮甲基哌啶基丙烷，二溴（氯）代1-氮甲基吡咯基-4-氮甲基哌啶基丁烷，二溴（氯）代1-氮甲基吡咯基-5-氮甲基哌啶基戊烷，二溴（氯）代1-氮甲基吡咯基-...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨卫亚，凌凤香，沈智奇，郭长友，季洪海，王丽华，王少军，张会成，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11