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。包括5%‑50%煤粉灰、10%‑50%的活性炭和5%‑60%的纳米方沸石；其中粉煤灰与方沸石之间通过活性炭连成一体；复合吸附材料的比表面积为300‑1500m

【技术实现步骤摘要】
复合吸附材料及其制备方法
本专利技术涉及水处理环保领域，具体涉及一种以煤粉灰、超细方沸石及活性炭质为主要原料的有机-无机矿物水处理净化材料及其制备方法。
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。在某些特殊的水体中，还含有过量的F-，也对人体健康造成威胁。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，可以广谱性地吸附废水中存在的各种有机污染物、重金属离子及其它有害离子。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%的活性炭和5%-60%的纳米方沸石；其中粉煤灰与方沸石之间通过活性炭连成一体；复合吸附材料的比表面积为300-1500m2/g，孔容为0.3-1.5cm3/g，机械强度为5-25N/mm。本专利技术的复合吸附材料中，煤粉灰粒度为100目-1000目，优选为300目-800目；煤粉灰孔径为1-200μm，优选为10-100μm。本专利技术的复合吸附材料中，纳米方沸石晶粒为近球状，直径为10-200nm，优选为20-100nm。本专利技术的复合吸附材料的制备方法，包括如下内容：(一)纳米方沸石的制备（1）将硅源、碱源、N-甲基吡咯烷和水混合均匀，密闭水热处理之后，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，得到纳米方沸石。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、N-甲基吡咯烷以下列物质计，其比例关系满足：SiO2/Al2O3摩尔比为5-80N-甲基吡咯烷/SiO2摩尔比为0.05-0.25H2O/SiO2摩尔比为20-100OH-/SiO2摩尔比为0.5-0.9步骤（1）所述的密闭水热处理条件为：在90-120℃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140-200℃，优选160-190℃，晶化反应5-250小时，优选为72-170小时，压力为反应釜的自生压力。本专利技术方法中所述的产物洗涤、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、纳米方沸石混合均匀，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。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。冷却后得到本专利技术所述的复合吸附材料。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，超细方沸石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，方沸石具有的特定孔径尺寸，可以进一步扩大可吸附分子的范围。因此本专利技术的多级孔复合水处理材料可以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为本专利技术实施例1合成的纳米级超细方沸石的X射线衍射谱。图2为本专利技术实施例1合成的纳米级超细方沸石的扫描电镜图像。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。方沸石的晶型采用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。比表面积采用低温氮气吸附法测定。机械强度测定是根据HG/T2782-1996标准，采用QCY-602型催化剂强度测定仪测定。实施例1室温下，将水、氢氧化钠、硅溶胶、N-甲基吡咯烷按照一定比例混合，然后90℃密闭水热24小时，冷却到室温，再将备用的偏铝酸钠粉末加入到上述溶液中，并搅拌均匀。最终物料配比满足：Al2O3/SiO2=30，N-甲基吡咯烷/SiO2=0.15，OH-/SiO2=0.75，H2O/SiO2=40。之后将上述混合物在40℃下，超声（1.0KW/L）并磁力搅拌3小时，然后装入反应釜中于175℃晶化120小时。所得产物用蒸馏水洗涤，120℃干燥后，经550℃焙烧5小时。经XRD检测证实为方沸石，经扫描电子显微镜观察，为球状形态，晶粒尺寸为约30nm，属于超细纳米级范围，比表面积270m2/g。将200目的煤粉灰（含10-100μm的大孔及超大孔）与超细方沸石混合均匀（煤粉灰与方沸石的质量比1：1），再用20%的酚醛树脂溶液充分浸润，然后再调和、混捏成粘团，然后采用成型设备挤出为2mm直径的圆柱，干燥后，在氮气保护下800℃碳化6小时，得到煤粉灰-方沸石-炭质的三元复合材料。复合材料以重量计煤粉灰含量为本文档来自技高网...

【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%的活性炭和5%‑60%的纳米方沸石；其中粉煤灰与方沸石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%的活性炭和5%-60%的纳米方沸石；其中粉煤灰与方沸石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：比表面积为300-1500m2/g，孔容为0.3-1.5cm3/g，机械强度为5-25N/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目-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：纳米方沸石晶粒为近球状，直径为10-200nm。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）纳米方沸石的制备：（1）将硅源、碱源、N-甲基吡咯烷和水混合均匀，90-120℃密闭水热处理1-24小时，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，得到纳米方沸石；（二）将煤粉灰、纳米方沸石混合均匀，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：纳米方沸石的制备中，步骤...

【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