一种凹凸棒土的制备方法及其处理重金属废水的方法技术

本发明专利技术公开了一种新型凹凸棒土的制备方法及其处理重金属废水的方法，属于污水处理领域。该方法以凹凸棒土为原料，通过预处理、酸改性、负载Fe3O4、活化热处理等工艺对凹凸棒土进行改性，改性后的凹凸棒土/Fe3O4复合材料具有比表面积大、吸附能力和胶体性强等优点；将改性的凹凸棒土/Fe3O4复合材料与絮凝工艺联合起来处理含重金属废水，能够有效的吸附水中重金属，同时也有较好的脱色效果，具有反应速率快、沉降分离速度快、操作简便等优点，是一种新型、高效、便捷的重金属废水处理方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于污水处理领域，更具体地说，涉及一种新型凹凸棒土的制备方法及其处理重金属废水的方法。
技术介绍
近年来，关于凹凸棒土作为吸附剂处理工业废水的研究已有报道。凹凸棒土是一种具有优异的吸附性能和一定的离子交换能力的含水富镁硅酸盐粘土矿物。活化后的凹凸棒土对重金属离子有很好的吸附净化作用，具有处理效率高，吸附成本低等特点。目前，对于凹凸棒土的改性材料的制备，对凹凸棒土与重金属离子的作用过程，特别是对Ni2+、Cu2+、Pb2+等重金属离子的反应机理进行了深入的研究。在通常情况下，凹凸棒土作为一种粉体材料很难以分散的独立棒状晶体状态存在，而是形成一定形式的晶体聚集体。因此在实际应用中，必须对凹凸棒土进行提纯与活化处理。经检索，中国专利申请号201210211133.4，申请日为2012年6月26日的专利申请文件公开了一种凹凸棒土负载纳米铁材料的制备方法，该专利技术以酸化改性后的凹凸棒土为负载材料，在惰性气体保护条件下，以KBH4、NaBH4、N2H4等为还原剂，将铁盐或亚铁盐还原成零价铁，利用凹凸棒土多孔道特点，使纳米铁颗粒充分分散并固定负载在凹凸棒土材料上，与未负载的纳米铁相比，该发明制备的凹凸棒土负载纳米铁材料具有更好分散性与稳定性，粒径分布更加均匀，但是该发明采用的还原剂KBH4、NaBH4、N2H4有毒且在遇水、潮湿、明火等环境下易爆燃，产生三废多，生产成本高。中国专利申请号201410097802.9，申请日为2014年3月18日的专利申请文件公开了一种凹凸棒土的活化方法，该方法具体步骤为：1)凹凸棒土的提纯，将凹凸棒土研磨粉碎、筛分至2mm以下，然后将凹凸棒土与去离子水混合，搅拌、静置、过滤和干燥；2)凹凸棒土的活化，将制得的凹凸棒土从室温升到250℃后，通过惰性气体N2作为载气使水蒸气与凹凸棒土接触反应，进一步升高温度至300～350℃，保持1～2小时后，开始降温，并停止加入水蒸气，待温度降至室温后，取出凹凸棒土，该专利技术用水蒸气活化凹凸棒土，虽然活化过程中无酸洗废水排放，但是活化后的凹凸棒土性能提高的不明显，存在吸附容量有待提升、凹凸棒土沉降速率慢、增加了水质的悬浮物浓度等弊端，往往需要在后续工艺中面临添加过滤系统、运行成本增加等问题。因此需要研究一种活化凹凸棒土的方法，使得凹凸棒土的吸附容量大，沉降速度快。中国专利申请号201310409782.X，申请日为2013年9月10日的专利申请文件公开了一种用于废水中重金属深度去除的复合药剂及其制备方法，该专利技术中的复合药剂由：成分A：改性凹凸棒土粉末20-30份；改性天然高分子聚合物30-50份；表面活性剂0-3份；成分B：无机絮凝剂，所述成分A与成分B的重量比为2.5-8.3：1。该专利技术对水中重金属离子具有很强的吸附、螯合和絮凝性能，但是该专利技术中的复合药剂，主要利用复合聚凝剂以及絮凝剂的吸附、螯合和絮凝作用去除水中重金属离子，该复合药剂的吸附能力差，后处理困难，会对环境造成二次污染。
技术实现思路
1.要解决的问题针对现有的凹凸棒土改性方法存在不环保、吸附容量小、沉降速率慢、废水处理效果差等问题，本专利技术提供一种新型凹凸棒土的制备方法及其处理重金属废水的方法，将改性凹凸棒土/Fe3O4复合材料与高效混凝剂结合在一起使用，将两种工艺的特点相结合，使得吸附饱和的改性凹凸棒土/Fe3O4复合材料在絮凝剂PAM的作用下加速沉降，实现固液快速分离；同时絮凝剂在反应过程中能吸附水中残存的重金属离子，进一步提高重金属离子的去除效率和废水的脱色效果，降低废水的处理成本，值得推广。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种新型凹凸棒土的制备方法，其步骤为：(a)预处理：采用水力分选提纯凹凸棒土，将凹凸棒土矿粉和去离子水混合于容器中，以150～200r/min的转速搅拌40～50min，然后静置2～3h，弃去上层清液以及下层沙土，得到凹凸棒土的悬浊液，将悬浊液离心分离后得到的凹凸棒土置于烘箱中干燥，备用；(b)酸改性：将步骤(a)中得到的凹凸棒土分散于硫酸溶液中搅拌0.5～1h，然后冷却至室温，用去离子水冲洗至中性，于烘箱中烘干研磨，过筛，得到酸改性的凹凸棒土；(c)负载Fe3O4：在惰性气体保护下将步骤(b)得到的酸改性的凹凸棒土加入铁离子溶液中，以300～350r/min搅拌10～15min，使凹凸棒土饱和吸附铁离子，然后滴加氨水溶液，氨水滴加完毕后继续陈化20～25min，得到磁性凹凸棒土；(d)清洗：步骤(c)中的陈化结束后，用磁分离法将磁性凹凸棒土从悬浮液中分离出来，并用蒸馏水洗涤至中性，随后用无水乙醇洗涤3～4次，然后将产品置于50～60℃的干燥箱中干燥至恒重，放入干燥器中保存，备用；(e)活化热处理：将步骤(d)得到的磁性凹凸棒土置于反应炉中，在惰性气体保护下程序升温至460℃，保温后自然冷却至室温；(f)研磨：将步骤(e)中得到的磁性凹凸棒土研磨，过筛，得到磁性凹凸棒粉体。优选地，所述的步骤(a)中凹凸棒土矿粉与去离子水的质量比为1:5～1:8，干燥温度为100℃。优选地，所述的步骤(b)中硫酸溶液的浓度为3-5mol/L，在70～80℃条件下恒温搅拌；烘箱干燥温度为100℃；步骤(b)和步骤(f)中所述的筛的规格为200目。优选地，所述的步骤(c)和步骤(e)中的惰性气体为氮气，步骤(c)中的铁离子溶液为Fe2+和Fe3+的饱和混合溶液，其中Fe2+与Fe3+的摩尔比为1:(3～5)；步骤(c)中搅拌温度为80℃。优选地，所述的步骤(c)中氨水的浓度为8mol/L，酸改性的凹凸棒土与铁离子溶液、氨水溶液的质量比为1:(3～5):(5～8)，滴加氨水时，搅拌速度调整为120～150r/min，氨水的滴加速度为1～2滴/秒，滴加氨水过程中保持溶液的pH为11～12。优选地，所述的步骤(e)中的升温速度为3℃/min，保温时间为3h。上述的一种新型凹凸棒土处理重金属废水的方法，其步骤为：(1)将上述步骤(f)中得到的磁性凹凸棒粉体加入待处理的废水中搅拌30～35min；(2)将聚丙烯酰胺溶液加入步骤(1)中的废水溶液中继续搅拌15～20min；(3)将步骤(2)中得到的溶液静置20～30min后将上清液排出。优选地，所述的重金属废水为含Ni2+、Cu2+或Pb2+的废水，处理重金属废水的温度为20℃，废水的pH为6～9。优选地，所述步骤(1)中磁性凹凸棒粉体与废水的质量比为1:(180～300)。...

【技术保护点】
一种新型凹凸棒土的制备方法，其步骤为：(a)预处理：采用水力分选提纯凹凸棒土，将凹凸棒土矿粉和去离子水混合于容器中，以150～200r/min的转速搅拌40～50min，然后静置2～3h，弃去上层清液以及下层沙土，得到凹凸棒土的悬浊液，将悬浊液离心分离后得到的凹凸棒土置于烘箱中干燥，备用；(b)酸改性：将步骤(a)中得到的凹凸棒土分散于硫酸溶液中搅拌0.5～1h，然后冷却至室温，用去离子水冲洗至中性，于烘箱中烘干研磨，过筛，得到酸改性的凹凸棒土；(c)负载Fe3O4：在惰性气体保护下将步骤(b)得到的酸改性的凹凸棒土加入铁离子溶液中，以300～350r/min搅拌10～15min，使凹凸棒土饱和吸附铁离子，然后滴加氨水溶液，氨水滴加完毕后继续陈化20～25min，得到磁性凹凸棒土；(d)清洗：步骤(c)中的陈化结束后，用磁分离法将磁性凹凸棒土从悬浮液中分离出来，并用蒸馏水洗涤至中性，随后用无水乙醇洗涤3～4次，然后将产品置于50～60℃的干燥箱中干燥至恒重，放入干燥器中保存，备用；(e)活化热处理：将步骤(d)得到的磁性凹凸棒土置于反应炉中，在惰性气体保护下程序升温至460℃，保温后自然冷却至室温；(f)研磨：将步骤(e)中得到的磁性凹凸棒土研磨，过筛，得到磁性凹凸棒粉体。...

【技术特征摘要】
1.一种新型凹凸棒土的制备方法，其步骤为：
(a)预处理：采用水力分选提纯凹凸棒土，将凹凸棒土矿粉和去离子水混合于容器中，
以150～200r/min的转速搅拌40～50min，然后静置2～3h，弃去上层清液以及下层沙土，得到
凹凸棒土的悬浊液，将悬浊液离心分离后得到的凹凸棒土置于烘箱中干燥，备用；
(b)酸改性：将步骤(a)中得到的凹凸棒土分散于硫酸溶液中搅拌0.5～1h，然后冷却
至室温，用去离子水冲洗至中性，于烘箱中烘干研磨，过筛，得到酸改性的凹凸棒土；
(c)负载Fe3O4：在惰性气体保护下将步骤(b)得到的酸改性的凹凸棒土加入铁离子溶
液中，以300～350r/min搅拌10～15min，使凹凸棒土饱和吸附铁离子，然后滴加氨水溶液，
氨水滴加完毕后继续陈化20～25min，得到磁性凹凸棒土；
(d)清洗：步骤(c)中的陈化结束后，用磁分离法将磁性凹凸棒土从悬浮液中分离出
来，并用蒸馏水洗涤至中性，随后用无水乙醇洗涤3～4次，然后将产品置于50～60℃的干燥
箱中干燥至恒重，放入干燥器中保存，备用；
(e)活化热处理：将步骤(d)得到的磁性凹凸棒土置于反应炉中，在惰性气体保护下
程序升温至460℃，保温后自然冷却至室温；
(f)研磨：将步骤(e)中得到的磁性凹凸棒土研磨，过筛，得到磁性凹凸棒粉体。
2.根据权利要求1所述的一种新型凹凸棒土的制备方法，其特征在于：所述的步骤(a)
中凹凸棒土矿粉与去离子水的质量比为1:5～1:8，干燥温度为100℃。
3.根据权利要求1所述的一种新型凹凸棒土的制备方法，其特征在于：所述的步骤(b)
中硫酸溶液的浓度为3-5mol/L，在70～80℃条件下恒温搅拌；烘箱干燥温度为100℃；步骤
(b)和步骤(f)中所述的筛的规格为200目。
4.根据权利要求1所述的一种新型凹凸棒土的制备方法，其特征在于：所述的步骤(c)

【专利技术属性】
技术研发人员：张后虎，路逸居，赵克强，赵泽华，刘高杰，蔡邦成，
申请(专利权)人：环境保护部南京环境科学研究所，中国核工业华兴建设有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32