具有pH自调节能力材料的制备及处理含镉污水的方法技术

本发明专利技术公开了一种具有pH自调节能力材料的制备方法及处理含镉污水的方法。所述制备方法为：以熔炼石英粉和生石灰为原料，按一定配比湿磨混合15‑30min，然后在蒸压釜90℃下消化2‑4h，再经蒸压养护，取出经105℃干燥，获得具有pH自调节能力的材料。所述处理含镉污水的方法为：(1)制备具有pH自调节能力的材料；(2)改变浸出时间、初始pH、温度、投加量，调控材料的pH自调节能力；(3)将材料投加到不同镉溶液污水中，经静态吸附去除溶液中的镉离子。本发明专利技术解决了高浓度含镉污水需投加pH调节剂、操作复杂且处理效果差的难题，具有科技创新性高、成本低廉、操作简单、处理效果好等特点，应用前景广阔。

Preparation of Materials with pH Self-regulating Ability and Method for Treatment of Wastewater Containing Cadmium

【技术实现步骤摘要】
具有pH自调节能力材料的制备及处理含镉污水的方法
本专利技术属于材料制备和环境工程水处理的
，尤其是涉及一种具有pH自调节能力材料的制备方法及处理含镉污水的方法。
技术介绍
污水中重金属对人体毒害作用明显，其中镉、铬、铅、汞、砷毒害作用最大，被称为“五毒”。这些毒性元素在水体当中不断地扩散、转移、分散、富集。富集之后的重金属在人体内产生更大的毒性，在化学上叫“毒性放大”。目前，污水中镉处理的问题是国内外报道的热点。含镉污水的处理方法很多，如吸附法、沉淀法、植物法、生物法、离子树脂交换法、电解法反渗透法等。沉淀法(氢氧化物或硫化物沉淀法)中溶液的pH对沉淀效果有很大的影响，调节pH操作繁琐，沉渣的堆放也会造成二次污染。植物法和生物法作为一种高效的微处理方法，具有耗能少、费用低等优点，但是从自然界得到的菌种耐镉能力相当差，无法实现工业化，阻碍其进一步实现在高浓度镉处理的应用。离子树脂交换法、电解法及反渗透法，对镉都有一定的去除效果，但均存在处理成本高及处理效果不好等缺点。吸附法主要是利用具有高比表面积或特殊官能团的吸附材料对水中重金属离子进行吸附。吸附方式可分为物理吸附和化学吸附。吸附法作为传统的重金属污水处理方法，具有操作简便、效率高、能耗低、无二次污染、投资费用低等优点，被认为是去除水中重金属最有应用前景的方法。吸附剂是吸附法的核心，其性能优劣决定了分离效果的好坏。重金属污水的处理效果主要取决于吸附剂的比表面积、孔的结构特征和表面功能基团。因此，采用吸附法处理重金属污水最基本的和最大的挑战是研发高效的吸附剂。基于此，本专利技术提供了一种具有pH自调节能力材料的制备及其在高浓度含镉污水中的应用，并且其具有原料易得、操作简单、环保价廉、应用前景广阔等优势。
技术实现思路
针对
技术介绍
中的问题，本专利技术提供了一种具有pH自调节能力的材料的制备方法，并提供一种操作方便、工艺简单、效果显著的处理含高浓度镉污水的方法。为实现上述目的，本专利技术提出如下技术方案：一种具有pH自调节能力材料的制备方法，所述方法如下：以熔炼石英粉和生石灰为原料，按一定配比湿磨混合15-30min，然后在蒸压釜90℃下消化2-4h，再经蒸压养护，取出经105℃干燥，获得具有pH自调节能力的材料。作为一种优选的方案，所述原料中Ca和Si的摩尔比为5：6。作为一种优选的方案，湿磨混合中的水固重量比为15：1。作为一种优选的方案，蒸压养护条件为温度205℃、压强1.6MPa，静态养护24h。本专利技术的第二个目的是提供一种处理含高浓度镉污水的方法，所述方法包括如下步骤：第一步：以熔炼石英粉和生石灰为原料，按一定配比湿磨混合15-30min，然后在蒸压釜90℃下消化2-4h，再经蒸压养护，取出经105℃干燥，获得具有pH自调节能力的材料；第二步：改变浸出时间、初始pH、温度、投加量，调控所述材料的pH自调节能力；第三步：将所述材料投加到不同镉溶液污水中，经静态吸附去除溶液中的镉离子。第一步中，所获材料的主要晶相为纤维状托贝莫来石，比表面积达240.38m2/g。通过改变外部因素(浸出时间、初始pH、温度、投加量等)，材料都可以实现自主供碱功能，静态浸出0.5h后水溶液pH值可调节至10.0左右。第三步中，材料除高浓度镉工艺简单、效果显著，初始镉浓度150mg/L，静态吸附10.0h后，镉去除率达到99.93％，符合污水排放标准(GB8978-1996)规定的0.1mg/L。作为一种优选的方案，在第一步中，所述原料中Ca和Si的摩尔比为5：6。作为一种优选的方案，在第一步中，湿磨混合中的水固重量比为15：1。作为一种优选的方案，在第一步中，蒸压养护条件为温度205℃、压强1.6MPa，静态养护24h。作为一种优选的方案，在第二步中，浸出时间为10h、初始pH为6.5、温度为25℃、投加量为10g/L。本专利技术原理：本专利技术制作的材料以托贝莫来石Ca5Si6O16(OH)2·4H2O作为主要晶相，其含有可溶性的OH-，如式(1)所示。因此，托贝莫来石晶相的存在使材料具有供碱特性。本专利技术制作的材料在水中0.5h后pH即在10.0左右，氢氧化镉沉淀析出的最佳pH范围大于10.0，因此，通过材料自主供碱，释放出的OH-与Cd2+反应，生成氢氧化镉Cd(OH)2沉淀并被材料表面吸附，如式(2)所示。Ca5Si6O16(OH)2·4H2O→Ca2++2OH-+2[Ca2Si3O8·2H2O](1)Cd2++2OH-→Cd(OH)2↓(2)相对于现有技术，本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术制作出的新型材料主要晶相为纤维状托贝莫来石，可以释放氢氧根离子，通过改变外部因素(浸出时间、初始pH、温度、投加量等)，材料都可以实现自主供碱功能，静态浸出0.5h后水溶液pH值可调节至10.0左右，实现自主调节pH的功能。(2)本专利技术所制作出的新型材料比表面积大，高达240.38m2/g，孔隙结构发达，吸附性能好。(3)本专利技术制作出的新型材料除高浓度镉工艺简单、效果显著，初始镉浓度150mg/L，静态吸附10h后，镉去除率达到99.93％，符合污水排放标准(GB8978-1996)规定的0.1mg/L。(4)本专利技术不需要复杂的反应条件，不需要额外投加任何化学试剂，反应时间短，工艺操作简单，成本低廉，应用前景广阔。附图说明图1是具有pH自调节能力材料的XRD图谱；图2是材料静态浸出实验后溶液的pH变化图；图3是具有pH自调节能力的水处理材料吸附除镉效果图。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术的具体实施方案作详细的阐述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例1：以熔炼石英粉、石灰原料，按原料摩尔比Ca：Si＝5:6(即质量比熔炼石英粉：生石灰＝83.87：100)，水固比＝15：1的比例混合，采用湿式陶瓷球磨机湿磨混合15min，之后在蒸压釜中90℃条件下消化2h，再于205℃、1.6MPa的条件下蒸压养护24h，最后降温取出于105℃烘干而制得材料，其XRD图谱见图1。可见，托贝莫来石Ca5Si6O16(OH)2·4H2O是材料的主要晶相。实施例2：以熔炼石英粉、石灰原料，按原料摩尔比Ca：Si＝5:6(即质量比熔炼石英粉：生石灰＝83.87：100)，水固比＝15：1的比例混合，采用湿式陶瓷球磨机湿磨混合30min，之后在蒸压釜中90℃条件下消化4h，再于205℃、1.6MPa的条件下蒸压养护24h，最后降温取出于105℃烘干而制得材料。实施例3：采用水溶液静态浸出实验法测试托贝莫来石的pH调节能力。浸出条件：投加量10g/L，温度25℃、振速120r/min。经不同时间间隔(0h、0.5h、1h、2h、4h、6h、8h、10h)，测定溶液pH值，如图2所示。可见，托贝莫来石晶相的存在，使材料具有供碱作用，经静态浸出后水溶液的pH值可维持在10.0左右。实施例4：采用静态吸附实验研究材料对高浓度含镉污水的去除效果。配置不同浓度的镉溶液(50mg/L、100mg/L、150mg/L、250mg/L、400mg/L)，分别放入1L的锥形瓶中，投加量设为10g/L，盖紧瓶塞移入25℃的恒温振荡箱中，以120r/min的速率振荡，10h后经0.45μm的滤膜过滤提取水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有pH自调节能力材料的制备方法，其特征在于，所述方法为：以熔炼石英粉和生石灰为原料，按一定配比湿磨混合15‑30min，然后在蒸压釜90℃下消化2‑4h，再经蒸压养护，取出经105℃干燥，获得具有pH自调节能力的材料。

【技术特征摘要】
1.一种具有pH自调节能力材料的制备方法，其特征在于，所述方法为：以熔炼石英粉和生石灰为原料，按一定配比湿磨混合15-30min，然后在蒸压釜90℃下消化2-4h，再经蒸压养护，取出经105℃干燥，获得具有pH自调节能力的材料。2.根据权利要求1所述的具有pH自调节能力材料的制备方法，其特征在于，所述原料中Ca和Si的摩尔比为5：6。3.根据权利要求1所述的具有pH自调节能力材料的制备方法，其特征在于，湿磨混合中的水固重量比为15：1。4.根据权利要求1所述的具有pH自调节能力材料的制备方法，其特征在于，蒸压养护条件为温度205℃、压强1.6MPa，静态养护24h。5.一种处理含高浓度镉污水的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：第一步：以熔炼石英粉和生石灰为原料，按一定配比湿磨混合15-30min，然后在蒸压釜90...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦娟，欧昌进，刘蔚，汤若文，高亮，杨文轩，王俊跃，农正杰，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32