粉煤灰与电场联合作用去除水中重金属离子的方法技术

本发明专利技术公开了粉煤灰与电场联合作用去除水中重金属离子的方法，它涉及粉煤灰粒子的前处理及与电场联合的应用，方法：一、将粉煤灰、粘土、造孔剂按比例混合后制成小球并煅烧获得粉煤灰材料，二、以不锈钢、石墨作阴阳极，将粉煤灰材料置于两电极之间，加入重金属离子废水后，通入恒定的电压，即完成粉煤灰材料与电场联合作用体系的构建。与现有技术相比，本发明专利技术开拓了制备三维电极材料单体使用范围，作为吸附电解水中重金属离子的应用更是开创了新思路，并且有效的利用了固体废料粉煤灰。应用操作方便、成本低廉，处理水中重金属离子，处理费用低，处理效果好。

Removal of heavy metal ions from water by combined action of fly ash and electric field

The invention discloses a method for the combined action of fly ash and electric field to remove heavy metal ions in water. It involves the pretreatment of fly ash particles and the application of combined with electric field. The method is: first, the fly ash, clay and pore making agent are mixed in proportion to make ball and calcined to get the fly ash material, two, stainless steel and graphite are used as the negative. The anode, the fly ash material is placed between the two electrodes, after adding heavy metal ion waste water, into a constant voltage, that is, the construction of the combined action system of the fly ash material and the electric field. Compared with the existing technology, the invention opens up the application range of the preparation of the three-dimensional electrode material monomer. As the application of the adsorption and electrolysis of heavy metal ions in the water, a new idea is created, and the solid waste fly ash is effectively used. The operation is convenient and the cost is low. The treatment of heavy metal ions in water has low treatment cost and good treatment effect.

【技术实现步骤摘要】
粉煤灰与电场联合作用去除水中重金属离子的方法
本专利技术涉及去除水溶液中重金属离子
，特别是一种粉煤灰与电场联合作用去除水中重金属离子的方法。
技术介绍
在科学技术日益发展的当今社会，金属，特别是重金属的消耗量不断上升，随之而来的是重金属对环境的影响日趋严重。重金属是指相对密度大于5的金属，约有45种，包括铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)、镍(Ni)等。这些元素在环境中具有难降解、易积累、不可逆、毒性大、代谢慢和易被生物富集的特点。近年来，水溶液中重金属离子的去除研究得到了广泛的关注。这不仅是因为人们环保意识的提高，更主要的原因是重金属本身具有的毒性可能对人体造成一些危害。人们直接暴露在重金属污染的环境中，容易患上皮炎、肺炎、肾功能衰竭、心血管系统、呼吸道癌、生殖系统等疾病。水体中多数重金属离子来源于采矿、选矿、冶炼、电镀、化工、制革和电子制造等行业，这些行业排放的重金属废水不仅污染了地表水，同时对地下水造成了一定程度的污染。目前，有多种去除水溶液中重金属离子的方法，如化学沉淀，吸附、离子交换，膜过滤、溶剂萃取、电絮凝等。但这些方法都有一定的局限性。如化学沉淀法容易产生大量的有毒沉淀污泥，溶剂萃取法只适合于浓度高于1g/L的重金属溶液，离子交换法是处理低浓度重金属废水的有效方法，但存在着一次性投资大、占地面积较大，再生洗脱液易造成二次污染、树脂易受污染等问题。所以有必要研究新的水溶液中重金属去除方法。粉煤灰是火力电厂排出的由煤粉、煤研石或煤泥等燃料燃烧后形成的灰渣。粉煤灰占用大面积土地，如不加以处理，会污染水体及土壤，产生扬尘，污染大气，对人体健康危害很大；排入河道水系会造成河流淤塞，污染水质。粉煤灰多呈灰褐色，通常显酸性，比表面积较小，颗粒通常为圆球状，尺寸从几微米到几百微米。其主要氧化物的含量变化范围很大，其组成与无机硅酸盐材料相似(如水泥)。实验研究表明，我国的粉煤灰SiO2+Al2O3+Fe2O3含量都大于70％。它对粉煤灰的活性及强度等性能有明显的影响且含量指标较为稳定。由于粉煤灰的化学组成和多孔结构，具有较大的比表面积和静电吸附作用，使粉煤灰具有一定的吸附能力，其主要用于工业废水处理，应用的主要作用机理为吸附，其中也包括接触絮凝、中和沉淀与过滤截留等协同作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种粉煤灰与电场联合作用去除水中重金属离子的方法。为达到上述目的，本专利技术是按照以下技术方案实施的：粉煤灰与电场联合作用去除水中重金属离子的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将粉煤灰、粘土、造孔剂按质量比为4～5:5～4:1的比例混合均匀后，加入蒸馏水滚制成粒径为3-10mm的若干小球，将滚制成的小球放置于干燥阴凉处30分钟以便于小球形状的固定，将形状固定后的小球置于马弗炉中煅烧0.5～2h，煅烧温度为850～1050℃，然后取出用蒸馏水洗涤后并在110℃的烘箱中干燥1小时，获得粉煤灰材料；步骤二、以不锈钢棒、石墨棒作电极，将粉煤灰材料置于两电极之间，加入含有重金属离子废水，含有重金属离子废水与粉煤灰材料的重量比为5-7:1，然后对两电极通入恒定电压，完成粉煤灰材料与电场联合作用体系的构建，通电时间为120min。进一步，作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤一中的造孔剂所选材料为碳酸钠，其在煅烧后会使粉煤灰材料的表面形成孔隙。进一步，作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤二中的不锈钢棒作阳极、石墨棒作阴极，构成牺牲阳极的阴极保护法。进一步，作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤二中的石墨棒作阳极、不锈钢棒作阴极。进一步，作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤一中粉煤灰、粘土、造孔剂的质量之比为4.5:4.5:1。进一步，作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤一中将小球置于马弗炉中在950℃的高温中煅烧2h。进一步，作为本专利技术的一种优选方案，步骤一中将小球置于马弗炉中在1050℃的高温中煅烧2h，获得粉煤灰材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术有效的使用粉煤灰资源，通过把生产废弃的粉煤灰资源与黏土等相结合的方法，制备了对环境无污染、利用率高、能耗低的去除水中有机污染物材料。本专利技术利用粉煤灰中铁氧化物在电化学氧化中会产生电芬顿氧化，利用粉煤灰材料表面小孔的吸附性，还可以共同对水中有机污染物材料进行吸附和去除。本专利技术中，由于粉煤灰中含有许多不规则形状的玻璃状颗粒，这些颗粒中还含有不同数量的微小气泡和微小活性通道，因此粉煤灰表面呈多孔结构，孔隙率一般为60％-70％，比表面积较大，表面上的原子力都呈未饱和状态，使得粉煤灰具有较高的比表面能和较好的表面活性。此外，粉煤灰中还含有少量沸石、活性炭等具有交换特性的微粒，同时又富含铝和硅等元素。这样就使得粉煤灰具有很强的物理吸附和化学吸附性能。本专利技术中粉煤灰作为吸附材料，结合电化学处理水中重金属离子达到了“以废治废”的预期目标，解决水处理中原材料不够廉价，制备过程复杂等问题。在得到高效的水处理材料的同时，解决了粉煤灰本身作为一种固废对环境的污染问题。为污水深度处理当中低浓度的难于生物降解的有机污染物提供一种高效、可行，又具有一定经济性的处理方法。本专利技术对粉煤灰材料的前处理，结合电化学去除水中重金属离子的方法，所采用的水处理设备简单，应用操作方便，成本低廉，处理费用低。在实验中，以含铜废水为例，在120min，可将溶液中的铜离子去除90％附图说明图1为本专利技术中粉煤灰与电场联合作用去除水中重金属离子的设备示意图。其中：1、烧杯；2、石墨棒；3、不锈钢棒；4、粉煤灰材料。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步描述，在此专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。实施例1步骤一、将粉煤灰、粘土、碳酸钠按质量比为4:5:1的比例混合均匀后，加入蒸馏水滚制成粒径为3mm的若干小球，将滚制成的小球放置于干燥阴凉处30分钟以便于小球形状的固定，将形状固定后的小球置于马弗炉中煅烧0.5，煅烧温度为850℃，然后取出用蒸馏水洗涤后并在110℃的烘箱中干燥1小时，获得粉煤灰材料；步骤二、以石墨棒作阳极、不锈钢棒作阴极，取粉煤灰材料置于两电极之间，加入含有重金属离子废水，含有重金属离子废水与粉煤灰材料的重量比为5:1，然后对两电极通入恒定电压，通电时间为120min。实施例2步骤一、将粉煤灰、粘土、碳酸钠按质量比为5:4:1的比例混合均匀后，加入蒸馏水滚制成粒径为10mm的若干小球，将滚制成的小球放置于干燥阴凉处30分钟以便于小球形状的固定，将形状固定后的小球置于马弗炉中煅烧1h，煅烧温度为1050℃，然后取出用蒸馏水洗涤后并在110℃的烘箱中干燥1小时，获得粉煤灰材料；步骤二、以不锈钢棒作阳极、石墨棒作阴极，构成牺牲阳极的阴极保护法，将粉煤灰材料置于两电极之间，加入含有重金属离子废水，含有重金属离子废水与粉煤灰材料的重量比为7:1，然后对两电极通入恒定电压，通电时间为120min。实施例3步骤一、将粉煤灰、粘土、碳酸钠按质量比为4.5:4.5:1的比例混合均匀后，加入蒸馏水滚制成粒径为8mm的若干小球，将滚制成的小球放置于干燥阴凉处30分钟以便于小球形状的固定，将形状固定后的小球置于马弗炉中煅烧1.5h，煅烧温本文档来自技高网...

【技术保护点】
粉煤灰与电场联合作用去除水中重金属离子的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将粉煤灰、粘土、造孔剂按质量比为4～5:5～4:1的比例混合均匀后，加入蒸馏水滚制成粒径为3‑10mm的若干小球，将滚制成的小球放置于干燥阴凉处30分钟以便于小球形状的固定，将形状固定后的小球置于马弗炉中煅烧0.5～2h，煅烧温度为850～1050℃，然后取出用蒸馏水洗涤后并在110℃的烘箱中干燥1小时，获得粉煤灰材料；步骤二、以不锈钢棒、石墨棒作电极，将粉煤灰材料置于两电极之间，加入含有重金属离子废水，含有重金属离子废水与粉煤灰材料的重量比为5‑7:1，然后对两电极通入恒定电压，通电时间为120min。

【技术特征摘要】
1.粉煤灰与电场联合作用去除水中重金属离子的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将粉煤灰、粘土、造孔剂按质量比为4～5:5～4:1的比例混合均匀后，加入蒸馏水滚制成粒径为3-10mm的若干小球，将滚制成的小球放置于干燥阴凉处30分钟以便于小球形状的固定，将形状固定后的小球置于马弗炉中煅烧0.5～2h，煅烧温度为850～1050℃，然后取出用蒸馏水洗涤后并在110℃的烘箱中干燥1小时，获得粉煤灰材料；步骤二、以不锈钢棒、石墨棒作电极，将粉煤灰材料置于两电极之间，加入含有重金属离子废水，含有重金属离子废水与粉煤灰材料的重量比为5-7:1，然后对两电极通入恒定电压，通电时间为120min。2.根据权利要求1所述的粉煤灰与电场联合作用去除水中重金属离子的方法，其特征在于：所述步骤一中的造孔剂所选材...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昭阳，滕小磊，李俊峰，杨广，何新林，汤骅，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：发明
国别省市：新疆,65