一种粉煤灰基多功能吸附剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种粉煤灰基多功能吸附剂的制备方法及应用，制备方法包括：1）将粉煤灰、含钙原料、含铝原料、碱激发剂和结构调节剂按一定比例混合；2）在密闭反应器中进行动态水热反应；3）反应后将料浆过滤、洗涤、干燥，得到含铝水化硅酸钙多功能吸附剂。本发明专利技术制备的含铝水化硅酸钙多功能吸附剂对废水中的重金属离子和磷具有良好的吸附性能，尤其是对Pb

【技术实现步骤摘要】
一种粉煤灰基多功能吸附剂的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及固体废弃物再利用领域，尤其涉及一种粉煤灰基多功能吸附剂的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]重金属离子废水严重污染环境和危害人类健康，因为重金属离子不可生物降解并且会通过生物链富集进入人体，对人类生命健康造成威胁。尤其是Pb
2+
和Cd
2+
等重金属离子具有剧毒性，亟需从废水中去除。
[0003]磷是导致水体富营养化的主要因素之一，水体富营养化将导致水体中浮游藻类迅速繁殖，降低水中溶解氧量，严重破坏水生态环境，危害水体中植物和动物的生命安全，进而污染水质，威胁人类饮用水安全，因此磷亟需从水体中去除。
[0004]粉煤灰是燃煤电厂产生的固体废弃物，是从煤燃烧烟气中收集的细灰。由于我国燃煤发电量巨大且单位发电量煤耗高，因此我国粉煤灰产生量巨大且逐年增加，2017年我国粉煤灰产生量达到6.86亿吨。尽管我国在粉煤灰利用的研究与工业化上做出了巨大努力，粉煤灰的利用率也逐年增加，但是因为总量巨大，依然还有大量的粉煤灰未被利用，而累积堆存在灰场的粉煤灰总量已达到30亿t以上，由此产生的占地和环境污染问题十分突出，这对如何有效处理和循环利用如此大量堆存的粉煤灰提出了严峻挑战。粉煤灰的化学成分主要为SiO2和Al2O3，还有一些Fe2O3、CaO、MgO、TiO2和Na2O等。根据其理化性质，粉煤灰可以应用于吸附去除废水中的重金属离子和磷，但是粉煤灰的孔隙率较小，比表面积也较小，因此其对废水中的重金属离子和磷的吸附容量也较小。综上，粉煤灰应用于处理重金属离子和含磷废水亟需增大其吸附容量。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种粉煤灰基多功能吸附剂的制备方法及应用，该方法制备的含铝水化硅酸钙多功能吸附剂对废水中的重金属离子和磷具有良好的吸附性能，尤其是对Pb
2+
、Cd
2+
和磷的吸附容量分别达到267.3 mg/g、241.42 mg/g和86.38 mg/g。本专利技术以固体废弃物粉煤灰为原料，原料属大宗工业固体废弃物，廉价易得，制备方法简单，工艺和设备成本低，经济易行。本专利技术可以缓解粉煤灰对环境的污染问题以及重金属离子和磷对水环境的污染问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种粉煤灰基多功能吸附剂的制备方法，包括以下步骤：（1）将粉煤灰、含钙原料、含铝原料、碱激发剂和结构调节剂按一定比例混合得到浆料；（2）将所得浆料倒入密闭反应容器中进行动态水热反应；（3）对反应后的浆料进行过滤、洗涤、干燥后得到含铝水化硅酸钙多功能吸附剂。
[0007]步骤（1）中所述含钙原料为氧化钙或氢氧化钙或氯化钙或硝酸钙中的一种或多种
混合；所述含铝原料为氢氧化铝或铝酸钠或硝酸铝或氯化铝或硫酸铝中的一种或多种混合；所述碱激发剂为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液或硅酸钠溶液或硅酸钾溶液中的一种或多种混合；所述结构调节剂为聚乙二醇PEG或P123或F127或聚丙烯酸钠PAAS。
[0008]步骤（1）中所述按一定比例混合得到浆料，所述含钙原料与粉煤灰的钙硅摩尔比为0.6~2.0，所述含铝原料与粉煤灰的铝硅摩尔比为0.05~0.45，所述碱激发剂中Na
+
或K
+
浓度为0.5~5 M，所述结构调节剂的添加量为0.1~5 wt%。
[0009]步骤（2）中所述密闭反应容器为高压反应釜或均相反应器。
[0010]步骤（2）中所述动态水热反应的反应温度为140~260℃，反应压力为0.3~4.5MPa，反应时间为2~24h。
[0011]步骤（3）中所述对反应后的浆料进行过滤、洗涤、干燥的具体过程为：对反应后浆料进行抽滤，滤饼用水和乙醇分别逆流洗涤3次，最后在80~105℃温度下干燥8~24h。
[0012]所述碱激发剂与固体物料的液固比为10~40mL/g。
[0013]一种粉煤灰基多功能吸附剂的应用，将制得的含铝水化硅酸钙多功能吸附剂作为重金属离子吸附剂，用于吸附废水中的重金属离子和磷。
[0014]本专利技术方法的有益效果：（1）本专利技术以粉煤灰为原料，不需要加入其它自然硅质原料，原料廉价易得，成本较低，方法简单，不仅解决了粉煤灰大量堆积对环境的污染问题，还实现了粉煤灰的高值资源化利用；（2）本专利技术合成的含铝水化硅酸钙多功能吸附剂比表面积大、孔径分布较窄，对重金属离子和磷均具有较强的吸附性能，尤其是对Pb
2+
、Cd
2+
和磷的吸附容量分别达到267.3 mg/g、241.42 mg/g和86.38 mg/g；（3）本专利技术方法简单，无需特殊设备，经济易行，适用于工业化生产，具有环保和经济双重价值，为粉煤灰高值资源化利用开辟了一种新途径。
附图说明
[0015]图1为按照本专利技术实施例1中所述方法制备的含铝水化硅酸钙多功能吸附剂的氮气吸附脱附曲线。
[0016]图2为按照本专利技术实施例1中所述方法制备的含铝水化硅酸钙多功能吸附剂的孔径分布图。
[0017]图3为按照本专利技术实施例1中所述方法制备的含铝水化硅酸钙多功能吸附剂的X射线衍射图。
[0018]图4为按照本专利技术实施例1中所述方法制备的含铝水化硅酸钙多功能吸附剂对Pb
2+
和Cd
2+
的吸附动力学曲线。
[0019]图5为按照本专利技术实施例1中所述方法制备的含铝水化硅酸钙多功能吸附剂对磷的吸附动力学曲线。
[0020]图6按照本专利技术实施例1中所述方法制备的含铝水化硅酸钙多功能吸附剂对Pb
2+
和Cd
2+
的吸附等温线。
[0021]图7按照本专利技术实施例1中所述方法制备的含铝水化硅酸钙多功能吸附剂对磷的吸附等温线。
具体实施方式
[0022]下面结合本专利技术几个具体实施例对本专利技术进一步详细说明，但以下实施例仅限于解释本专利技术，并不限制本专利技术的权利保护范围，本专利技术的权利范围以权利要求书为准。
[0023]实施例：参见图1
‑
图7。
[0024]一种粉煤灰基多功能吸附剂的制备方法，包括以下步骤：（1）将粉煤灰、含钙原料、含铝原料、碱激发剂和结构调节剂按一定比例混合得到浆料；（2）将所得浆料倒入密闭反应容器中进行动态水热反应；（3）对反应后的浆料进行过滤、洗涤、干燥后得到含铝水化硅酸钙多功能吸附剂。
[0025]步骤（1）中所述含钙原料为氧化钙或氢氧化钙或氯化钙或硝酸钙中的一种或多种混合；所述含铝原料为氢氧化铝或铝酸钠或硝酸铝或氯化铝或硫酸铝中的一种或多种混合；所述碱激发剂为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液或硅酸钠溶液或硅酸钾溶液中的一种或多种混合；所述结构调节剂为聚乙二醇PEG或P123或F127或聚丙烯酸钠PAAS。
[0026]步骤（1）中所述按一定比例混合得到浆料，所述含钙原料与粉煤灰的钙硅摩尔比为0.6~2.0，所述含铝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粉煤灰基多功能吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将粉煤灰、含钙原料、含铝原料、碱激发剂和结构调节剂按一定比例混合得到浆料；（2）将所得浆料倒入密闭反应容器中进行动态水热反应；（3）对反应后的浆料进行过滤、洗涤、干燥后得到含铝水化硅酸钙多功能吸附剂。2.根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰提铝渣制备重金属离子吸附剂的方法，其特征在于，步骤（1）中所述含钙原料为氧化钙或氢氧化钙或氯化钙或硝酸钙中的一种或多种混合；所述含铝原料为氢氧化铝或铝酸钠或硝酸铝或氯化铝或硫酸铝中的一种或多种混合；所述碱激发剂为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液或硅酸钠溶液或硅酸钾溶液中的一种或多种混合；所述结构调节剂为聚乙二醇PEG或P123或F127或聚丙烯酸钠PAAS。3.根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰提铝渣制备重金属离子吸附剂的方法，其特征在于，步骤（1）中所述按一定比例混合得到浆料，所述含钙原料与粉煤灰的钙硅摩尔比为0.6~2.0，所述含铝原料与粉煤灰的铝硅摩尔比为0.05~0.45，所述碱激发剂中Na
+
或K

【专利技术属性】
技术研发人员：汪泽华，吴代赦，徐霖浩，黄忠良，郑博英，韩茹洁，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：