一种除镍除磷复合型多孔功能性滤料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种除镍除磷复合型多孔功能性滤料及其制备方法，该滤料按照偏高岭土：硅藻土：水泥：硅酸钠=（50‑70）：（10‑20）：（10‑30）：（1‑5）的质量百分比进行混合，加入适量水搅拌均匀后倒入成球盘中进行成球，制成所需粒径大小球形颗粒，在室温下进行自然养护24小时后进行蒸压养护。本发明专利技术具有操作简便，流程简单，能耗少等生产优点，且陶粒滤料孔隙发达，具有一定的功能性，即析碱、释钙和离子交换性能，能够持续稳定的去除废水中的磷、镍污染物，在污水处理中具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种除镍除磷复合型多孔功能性滤料及其制备方法
本专利技术涉及一种多孔功能性硅酸盐陶粒滤料，特别涉及一种具有供碱、释钙性能可以去除废水中的磷和镍污染物的滤料，属于环境水处理滤料制备领域。
技术介绍
随着工业的发展，废水的排放量不断增加，污水中含有大量磷污染物，会造成大量水体富营养化，而水体富营养化会导致水生植物繁殖过度，会毒死大量水生生物。常规的除磷方法是投加化学药剂产生沉淀去除，城市污水排放量大，耗费大量化学试剂，运行费用高而且产生大量污泥，因而可研发一种具有良好除磷性能的新型滤料。水中镍过量不仅会污染土壤，而且会伤害人体健康，而且重金属进入环境后不会被生物降解。最常用的处理方法是中和沉淀法，它通过投加碱性药剂将废水的pH值调整至使镍离子沉淀下来，但是此方法会造出水PH值偏高，需要中和后才能排放，也易造成二次污染问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种除镍除磷复合型多孔功能性滤料及其制备方法。实现本专利技术的技术解决方案：一种除镍除磷复合型多孔功能性滤料及其制备方法，该滤料是以水化硅酸钙、托贝莫来石等为主要矿物相的多孔陶粒滤料，包括如下步骤：第一步，以滤料质量百分比计，将50-70％偏高岭土、10-20％硅藻土、10-30％水泥和1-5％硅酸钠混合后，加入适量成球水搅拌均匀；第二步，在成球盘中进行造粒成球，滤料粒径控制在3-8mm；第三步，在室温下进行自然养护24小时；第四步，在蒸压釜中进行蒸压养护，在3h内从室温升温至180℃，并保温10h，最后在2h内降温至室温。较佳的，成球水为滤料总质量的20-24％。较佳的，水泥采用52.5普通硅酸盐水泥。较佳的，硅酸钠的模数为1.0。较佳的，偏高岭土、硅藻土为粒径在150目以上的粉体。一种多孔功能滤料处理污水中含磷或含镍污染物的应用。本专利技术与现有技术相比，有显著优点：(1)原料来源广泛，价格低廉，生产成本低，而且采用水热合成技术代替传统的烧结技术，能耗低，制备工艺简单，生产设备成熟；(2)制备的滤料具有供碱释钙功能性，即在水中长期稳定释放钙离子和氢氧根离子，使水体保持碱性氛围并且可控，在污水处理中可以减少碱性试剂和其他化学药剂的投加；(3)制备的滤料粗糙多孔，比表面积大，适合微生物生长，而且具有良好的吸附性能和离子交换性能；(4)本专利技术制备的滤料除磷效果好，对于进水总磷30-50mg/L污水，去除率达91％左右，出水水质好，适用于市政污水、工业污水以及人工湿地的除磷系统；本专利技术制备的滤料具有离子交换特性，在去除污水中镍重金属污染物效果优良，对于100-500mg/L含镍污水(以镍离子计)去除率达到99％。本滤料的离子交换特性还可以去除锌、镉、铬、汞、铅等重金属离子。附图说明图1为本专利技术所述的多孔功能性滤料的制备流程示意图。图2为本专利技术实施例1所制备的多孔滤料的XRD图。具体实施方式下面结合实例进一步说明本专利技术的制备过程和应用结果。本专利技术的原理是：1、本专利技术采用成球盘滚动成球方法，偏高岭土具有粘土塑性，使得滤料易成球，不易破损；偏高岭土具有火山灰活性，其活性Al2O3和SiO2迅速与水泥水化产生的Ca(OH)2反应，在蒸压条件下产生大量C-S-H(B)-结晶不好的水化硅酸钙(CaO-SiO2-H2O)、托贝莫来石(5CaO·6SiO2·5H2O))等水化物，增强了滤料的强度，而且水泥会水化产生大量C-S-H凝胶，使得球坯容易成型，球体初始强度高，提高了成球效率，降低了滤料坯体在各生产工段运输过程中的破损率。2、硅藻土的主要成分是无定形SiO2，由硅氧四面体相互桥连形成网状结构，具有较大的比表面积和孔体积，在水热条件下，滤料在硅藻盘原位形成纳米多孔水化硅酸钙、纳米多孔的托贝莫来石，使得滤料孔隙发达，比表面积增加，提高了滤料的吸附性能。3、偏高岭土-水泥-硅藻土属于CaO-SiO2-Al2O3-H2O体系，偏高岭土是高岭土经高温脱水形成的无水硅酸铝材料，其分子排列不规则，呈现热力学介稳状态，在适当激发下具有胶凝性。在蒸汽压力0.5-1.5MPa和蒸养温度125-200℃的水热合成蒸压工艺下，制得水化产物主要为C-S-H(B)、托贝莫来石、铝带托贝莫来石等陶粒滤料。该陶粒滤料其水化产物C-S-H(B)、托贝莫来石会水解释放Ca2+，并使水体保持碱性氛围，在碱性氛围下，Ca2+与PO43-或者OH-与Ni2+结合形成沉淀并被陶粒吸附截留，见式(a)和(b)，达到良好的除磷、除镍效果；4、在CaO-SiO2-Al2O3-H2O体系中，通过控制反应条件，可以使得Al3+取代托贝莫来石中的Si4+产生铝带托贝莫来石(Al-TOB)，Al3+取代托C-S-H(B)中的Si4+产生铝带水化硅酸钙[Al-CSH(B)]，Al3+取代Si4+形成置换固溶体为了保持电中性，结构中就出现了1个氧离子O2-空位(V··O)，见式(c)；当溶液中存在如Na+等阳离子，Al3+取代Si4+引起电荷缺失通过Na+离子填隙来解决，见式(d)。但Al3+取代Si4+进入硅氧四面体反应很难进行，本专利技术加入硅酸钠作为反应催化剂，不仅提高了Al3+取代Si4+进入硅氧四面体反应速率，而且提供了大量Na+进行填隙达到电价平衡。产生铝代托贝莫来石和铝代水化硅酸钙等水化相，该水化相具有较强的离子交换能力，可以吸附溶液中Ni2+重金属离子，见式(e)，达到镍的高效去除。Ca2++PO43-→Ca3(PO4)2↓(a)Ni2++2OH-→Ni(OH)2↓(b)式(d)中：代表Na+填隙。下面实施例中涉及的原材料52.5普通硅酸盐水泥、偏高岭土、硅藻土均为市售产品，其具体化学成分见表1，需要说明的是，本专利技术对原料的出处无需做特别要求和限定，其化学成分也不受表1的限制。表1制备多孔功能性滤料的原料的化学成分含量(wt％)实施例1：结合图1，本专利技术一种除镍除磷复合型多孔功能性滤料的制备过程如下：第一步，将偏高岭土、硅藻土粉磨成粒径在150目以上的粉体；第二步，按照偏高岭土：硅藻土：水泥：硅酸钠＝66kg：15kg：15kg：4kg的质量进行混合，其中硅酸钠的模数为1.0，加入22kg成球水搅拌均匀；第三步，在成球盘中进行造粒成球，滤料粒径在3-8mm；第四步，在室温下进行自然养护24小时；第五步，在蒸压釜中进行蒸压养护，从室温升温3h至180℃，并保温10h，最后制品降温2h至室温。所制备的多孔滤料的XRD如图2所示，水热合成滤料的主要物相石英(Q-Quartz)、铝代托贝莫来石(AT-Al-Tobermorite)，该XRD图谱中2θ＝25-30范围内衍射峰宽化背底增高表明存在C-S-H(B)相。该陶粒滤料的堆积密度为1001kg/m3，表观密度为1.632g/cm3，筒压强度为16.86MPa本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种除镍除磷复合型多孔功能性滤料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n第一步，以滤料质量百分比计，将50-70%偏高岭土、10-20%硅藻土、10-30%水泥和1-5%硅酸钠混合后，加入适量成球水搅拌均匀；/n第二步，在成球盘中进行造粒成球，滤料粒径控制在3-8mm；/n第三步，在室温下进行自然养护24小时；/n第四步，在蒸压釜中进行蒸压养护，在3h内从室温升温至180℃，并保温10 h，最后在2h内降温至室温。/n

【技术特征摘要】
1.一种除镍除磷复合型多孔功能性滤料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，以滤料质量百分比计，将50-70%偏高岭土、10-20%硅藻土、10-30%水泥和1-5%硅酸钠混合后，加入适量成球水搅拌均匀；
第二步，在成球盘中进行造粒成球，滤料粒径控制在3-8mm；
第三步，在室温下进行自然养护24小时；
第四步，在蒸压釜中进行蒸压养护，在3h内从室温升温至180℃，并保温10h，最后在2h内降温至室温。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，成球水为滤料总质量的20-24%。


3.如权利要求1所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔崇，杜艳云，崔晓昱，王朋涛，李天君，
申请(专利权)人：南京理工大学，浙江中劲环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32