一种赤泥基铁-炭复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种赤泥基铁

【技术实现步骤摘要】
一种赤泥基铁
‑
炭复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于废水处理
，具体涉及一种赤泥基铁
‑
炭复合材料及其制备方法 和应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被 视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技 术。
[0003]随着社会的快速发展和人们对肉蛋等食材需求的增加，密集的大型畜牧业在中国蓬 勃发展。与此同时，为促进畜禽生长、提高饲料效率、预防和治疗各类疾病，抗生素(四 环素、氟喹诺酮等)和重金属(铜、锌等)被广泛用作饲料添加剂。由于对抗生素及重 金属的吸收有限，导致大部分的抗生素及重金属随畜禽尿液、粪便排出体外，产生的养 殖废水中共存有多种抗生素及重金属。目前仍采用传统方法进行污水处理，存在成本高、 二次污染严重等缺陷。故而亟需开发一种能高效快捷去除此类复合污染水体的处理技术。
[0004]赤泥是拜耳法提取氧化铝过程中产生的强碱性废渣，平均生产1吨氧化铝产生 1.0
‑
2.0吨的赤泥。作为氧化铝生产大国，目前我国赤泥综合利用率仅为4％左右，大量 的赤泥采用陆上堆存处理。赤泥产生量大且具有强碱性，其大量堆存不但占用大量土地， 也对环境造成严重污染。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种赤泥基铁
‑
炭复合材料 及其制备方法和应用。
[0006]为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：
[0007]一种赤泥基铁
‑
炭复合材料的制备方法，具体步骤为：
[0008]将赤泥进行脱碱处理；
[0009]脱碱后的赤泥与秸秆进行混合，然后在厌氧条件下进行热解即得到赤泥基铁
‑
炭复 合材料。
[0010]通过上述制备方法，得到了利用赤泥制备一种能够协同处理抗生素和重金属的复合 材料。
[0011]通过碳热还原法，利用秸秆热解过程中的生物炭，将赤泥中的三氧化二铁首先还原 为四氧化三铁，进一步，炭还原四氧化三铁得到零价铁。得到的赤泥基铁
‑
炭复合材料 含有大量的零价铁，少量的四氧化三铁，并形成铁
‑
炭整体的分散的结构。
[0012]在热解的过程中，还原后的零价铁在生物炭表面负载形成铁
‑
炭复合材料，形成一 个整体的复合材料结构。炭具有分散零价铁的作用，提高零价铁的活性，同时炭具有吸 附作用，零价铁分散负载在炭的表面和孔隙中。
[0013]利用零价铁的较强的还原能力以及较大的比表面积，进行去除废水中的抗生素和
重 金属，零价铁对抗生素的去除原理是对抗生素发生降解作用。对重金属离子起到还原作 用和吸附作用，比如Cu
2+
离子还原为零价铜。还原后的产物吸附在炭表面上，有利于重 金属从溶液中的分离。
[0014]在废水处理中，通过生物炭及零价铁自身的吸附的作用，使得更多的污染物与零价 铁充分接触，进行反应，提高了反应速率。
[0015]纳米零价铁在酸性溶液中的腐蚀速率更快，导致溶液中形成大量铁离子，并且在有 氧条件下通过类芬顿反应过程进一步促进四环素的降解。在碱性水环境下，纳米零价铁 表面容易钝化形成氢氧化铁，钝化层的形成会导致大量反应活性位点封闭，降低材料对 四环素的降解效率。因此，需要降低赤泥的碱度。提高废水处理效果。
[0016]现有的利用煤气进行还原赤泥得到零价铁，但是煤气用量较大，本专利技术中利用秸秆 在热解的过程中，秸秆产生大量的碳元素，碳元素直接与赤泥进行接触，并且在热解的 过程，形成多孔性，直接混合的过程中，与赤泥的接触面积和接触时间更长，所以还原 效果更好。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，赤泥的脱碱处理过程为：赤泥与酸溶液进行混合，然 后进行固液分离；进一步，酸溶液为盐酸溶液或硝酸溶液；进一步，赤泥与酸溶液比为 1:(0.5
‑
10)g:mL；优选为1:4
‑
6g:mL；进一步，盐酸溶液浓度为0.1mol/L
‑
1.5mol/L； 优选为0.6
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1.2mol/L；进一步，脱碱时间为5
‑
80min；优选为10
‑
60min。
[0018]通过脱碱处理，去除赤泥中的Na2O、CaO、MgO等碱金属物质，使赤泥中的碱金 属含量降低，同时降低赤泥碱度，能够提高复合材料的反应活性。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，赤泥中的碱金属物质的质量含量为4
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12％；进一步为 5
‑
10％。限定了赤泥中的碱金属含量，这样可以达到较好的脱碱效果。
[0020]在本专利技术的一些实施方式中，赤泥中的三氧化二铁质量含量为30
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60％；进一步为35
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60％；更进一步为40
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60％。赤泥中的三氧化二铁含量，影响得到零价铁的含量以及 秸秆的用量，三氧化二铁的含量不能过少，会降低废水中的去除效果。三氧化二铁量增 多，增加秸秆的添加量，不会影响零价铁的生成。如果提供的碳源不足，会影响零价铁 的生成。
[0021]在本专利技术的一些实施方式中，脱碱后的赤泥与秸秆混合后进行粉碎，粉碎后的粒度 为小于100目。
[0022]在本专利技术的一些实施方式中，赤泥与秸秆的质量比例为1:2
‑
10；进一步优选为1:4
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5。 赤泥中含有大量的铁元素，赤泥中的铁元素含量对秸秆的加入量产生影响，同时，秸秆 的加入质量是赤泥的几倍，在热解的过程中三氧化二铁生成四氧化三铁，多余的固体炭 作为还原剂使四氧化三铁还原为零价铁。还能使得到的赤泥基铁
‑
炭复合材料，形成铁 和碳的复合材料。赤泥与秸秆的比例，影响零价铁和四氧化三铁的分散性，秸秆的含量 过多，会使零价铁的单位密度降低，降低还原效果。
[0023]在本专利技术的一些实施方式中，脱碱后的赤泥进行干燥，干燥的温度为100
‑
150℃， 干燥时间为5
‑
20h。在本专利技术的一些实施方式中，秸秆与脱碱后的赤泥混合前，进行干 燥，干燥的温度为60
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85℃，干燥时间为5
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10h。
[0024]在本专利技术的一些实施方式中，厌氧条件为惰性气条件下。可以为氮气或氩气条件下 进行热解。在惰性气氛下，秸秆会得到固体产物炭，固体产物炭与周围的赤泥进行反应 得到零价铁。
[0025]在本专利技术的一些实施方式中，热解的温度为600
‑
900℃，热解的时间为60
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120min； 进一步，热解的温度为800
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900℃，热解的时间为60
‑
120min。进一步，升温速率为5<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种赤泥基铁
‑
炭复合材料的制备方法，其特征在于：具体步骤为：将赤泥进行脱碱处理；脱碱后的赤泥与秸秆进行混合，然后在厌氧条件下进行热解即得到赤泥基铁
‑
炭复合材料。2.如权利要求1所述的赤泥基铁
‑
炭复合材料的制备方法，其特征在于：赤泥的脱碱处理过程为：赤泥与酸溶液进行混合，然后进行固液分离；进一步，酸溶液为盐酸溶液或硝酸溶液；进一步，赤泥与酸溶液比为1:0.5
‑
10g:mL；优选为1:4
‑
6g:mL；进一步，盐酸溶液浓度为0.1mol/L
‑
1.5mol/L；优选为0.6
‑
1.2mol/L；进一步，脱碱时间为5
‑
80min；优选为10
‑
60min。3.如权利要求1所述的赤泥基铁
‑
炭复合材料的制备方法，其特征在于：赤泥中的碱金属物质的质量含量为4
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12％；进一步为5
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10％。4.如权利要求1所述的赤泥基铁
‑
炭复合材料的制备方法，其特征在于：赤泥中的三氧化二铁质量含量为30
‑
60％；进一步为...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱英，邵莹莹，马近伟，田超，
申请(专利权)人：山东山科生态环境研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：