一种改性煤矸石吸附剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种改性煤矸石吸附剂及其制备方法和应用，属于重金属吸附剂技术领域。该改性煤矸石吸附剂按照以下步骤进行制备：将煤矸石进行煅烧和酸化处理后，以无水乙醇为溶剂，酸化处理后的煤矸石与KH560发生硅烷化反应，得到硅烷化煤矸石；以水为溶剂，加入氧化石墨烯，5

【技术实现步骤摘要】
一种改性煤矸石吸附剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及重金属吸附剂
，更具体的涉及一种改性煤矸石吸附剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]重金属离子Cd
2+
是造成水污染的来源之一，会经水体中各种生物链的富集，由水产品进入人体，对人体健康造成危害。镉能够牢固地累积在生物体内，导致肾功能衰竭、骨伤害、癌症和高血压等疾病。如氯化镉，当质量浓度为0.001mg/L时，对鱼类和水生物就能产生致死作用。镉能严重抑制微生物的生长，浓度0.1
‑
1.0mg/L时，微生物死亡率可达50％左右。水中镉质量浓度为0.1mg/L时，就可抑制水体自净作用。目前，含镉废水主要来源于金属矿山开采坑内排水、废石场淋浸水、尾矿排水以及冶炼、电解电镀等领域。对于含镉废水的处理方法主要有电解法、化学沉淀法、离子交换法、反渗透法、电渗析法、吸附法等。而吸附法由于其操作简便、安全，设备简单、稳定性强及可再生利用等优点而广泛用于重金属废水的处理中。
[0003]煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。随着煤炭的开采会产生大量的煤矸石，其中多数煤矸石因没有得到合理利用而造成了环境污染和资源的浪费，因此对煤矸石进行加工制取高附加值产品将具有一定的经济效益和环保效益。
[0004]目前，研究人员采用煤矸石作为吸附材料，不仅对煤矸石进行了回收，还使其在水污染处理中得到了广泛应用，但是由于煤矸石内部含有大量结晶水和黏土矿物杂质，直接利用天然煤矸石处理废水存在处理效果较差的问题。

技术实现思路

[0005]针对以上问题，本专利技术提供了一种改性煤矸石吸附剂及其制备方法和应用，有效提高了对废水中镉离子的处理效果，提高了煤矸石的利用率。
[0006]本专利技术的第一个目的是提供一种改性煤矸石吸附剂的制备方法，按照以下步骤进行制备：
[0007]步骤1、将煤矸石进行煅烧和酸化处理后，以无水乙醇为溶剂，酸化处理后的煤矸石与KH560发生硅烷化反应，得到硅烷化煤矸石；
[0008]步骤2、以水为溶剂，加入氧化石墨烯，5
‑
10℃下搅拌使其分散均匀后，加入硅烷化煤矸石80
‑
90℃下搅拌得到煤矸石/氧化石墨烯；
[0009]步骤3、以磷酸盐缓冲液为溶剂，对精氨酸进行活化处理后，加入煤矸石/氧化石墨烯，50
‑
60℃下搅拌得到改性煤矸石。
[0010]优选的，煅烧处理是将煤矸石在400
‑
800℃下进行焙烧，焙烧时间为50
‑
80min。
[0011]优选的，步骤1中，酸化处理为将煅烧后的煤矸石进行粉碎处理后，加入到草酸溶
液进行浸洗1
‑
2h；其中，草酸溶液与煅烧后的煤矸石粉末的比例为100ml：1
‑
2g，草酸溶液的浓度为0.5
‑
0.8mol/L。
[0012]优选的，步骤1中，硅烷化反应温度为60
‑
70℃，硅烷化反应时间为6
‑
8h；酸化处理后的煤矸石与KH560、无水乙醇的比例为1
‑
2g：8
‑
10g：30ml。
[0013]优选的，步骤2中，80
‑
90℃下搅拌时间为10
‑
20h，水、氧化石墨烯、硅烷化煤矸石的比例为100ml：0.1
‑
0.5g：0.1
‑
0.2g。
[0014]优选的，步骤3中，活化处理是向磷酸盐缓冲液中加入1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐、N
‑
羟基丁二酰亚胺和精氨酸，混合均匀后调节pH为5
‑
6，搅拌20
‑
30min；其中磷酸缓冲液、1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐、N
‑
羟基丁二酰亚胺和精氨酸的比例为7ml：100
‑
130mg：100
‑
130mg：50
‑
70mg。
[0015]优选的，步骤3中，搅拌时间为10
‑
20h；精氨酸、煤矸石/氧化石墨烯的质量比为2
‑
3:1。
[0016]本专利技术的第二个目的是提供上述制备方法制备得到的改性煤矸石吸附剂。
[0017]本专利技术的第三个目的是提供上述改性煤矸石吸附剂在废水处理中的应用。
[0018]优选的，所述废水为含镉废水，浓度为30
‑
150mg/L。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020](1)本专利技术制备了一种改性煤矸石，首先对煤矸石进行煅烧处理，提高活性，经过酸性处理和硅烷偶联剂进行硅烷化处理，使得煤矸石表面含有环氧基团，引入氧化石墨烯之后，氧化石墨烯上的羧基基团与煤矸石表面的环氧基团发生开环反应得到煤矸石/氧化石墨烯，在对对精氨酸上的羧基进行活化后，精氨酸上的羧基和氨基与氧化石墨烯上含有的羧基和羟基通过共价键和氢键进行连接，形成煤矸石/精氨酸/氧化石墨烯，即改性煤矸石。氧化石墨烯和精氨酸的引入使得改性煤矸石表面具有羧基、氨基、亚胺等基团，可以提高对镉离子的吸附。
[0021](2)本专利技术以煤矸石为原料制备的吸附剂，提高了煤矸石的利用率。
[0022](3)本专利技术制备的改性煤矸石吸附剂对重金属离子(镉)具有很好的吸附性，在去除废水中的重金属离子具有很好的应用。
具体实施方式
[0023]下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。本专利技术所用煤矸石购自于铜陵晓祥矿产业销售有限公司。所用精氨酸购自于南京化学试剂股份有限公司。
[0025]实施例1
[0026]步骤1、将煤矸石置于马弗炉内升温至600℃，保温1h，冷却后得到煅烧后的煤矸石；
[0027]将煅烧后的煤矸石粉碎处理后加入到0.8mol/L的草酸溶液中进行浸洗1h，其中煅
烧后的煤矸石与草酸溶液的比例为100ml：1g，得到酸化处理后的煤矸石；
[0028]向30ml的无水乙醇加入1g酸化处理后的煤矸石，搅拌均匀后，加入8g KH560，60℃下搅拌8h，用去离子水洗涤至中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性煤矸石吸附剂的制备方法，其特征在于，按照以下步骤进行制备：步骤1、将煤矸石进行煅烧和酸化处理后，以无水乙醇为溶剂，酸化处理后的煤矸石与KH560发生硅烷化反应，得到硅烷化煤矸石；步骤2、以水为溶剂，加入氧化石墨烯，5
‑
10℃下搅拌使其分散均匀后，加入硅烷化煤矸石80
‑
90℃下搅拌得到煤矸石/氧化石墨烯；步骤3、以磷酸盐缓冲液为溶剂，对精氨酸进行活化处理后，加入煤矸石/氧化石墨烯，50
‑
60℃下搅拌得到改性煤矸石。2.根据权利要求1所述的一种改性煤矸石吸附剂的制备方法，其特征在于，煅烧处理是将煤矸石在400
‑
800℃下进行焙烧，焙烧时间为50
‑
80min。3.根据权利要求2所述的一种改性煤矸石吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，酸化处理为将煅烧后的煤矸石进行粉碎处理后，加入到草酸溶液进行浸洗1
‑
2h；其中，草酸溶液与煅烧后的煤矸石粉末的比例为100ml：1
‑
2g，草酸溶液的浓度为0.5
‑
0.8mol/L。4.根据权利要求3所述的一种改性煤矸石吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，硅烷化反应温度为60
‑
70℃，硅烷化反应时间为6
‑
8h；酸化处理后的煤矸石与KH560、无水乙醇的比例为1
‑
2g：8
‑
10g：30ml。5.根据权利要求1所述的一种改性煤矸石吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，80
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗涛，蔡嘉健，吴建鑫，钟昌彪，蔡振杰，肖一凡，朱国强，刘谦，黄清云，邓小环，赖永明，
申请(专利权)人：福建荣建集团有限公司福建嘉康建设工程有限公司北京绿水环境工程技术有限公司福建国强新型环保建材有限公司，
类型：发明
国别省市：