一种用于吸附铅离子的改性白炭黑制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于吸附铅离子的改性白炭黑制备方法及其应用，本发明专利技术以生物质飞灰为硅源制备白炭黑产品，并以乙醇为分散剂，利用改性剂进行回流改性，制备了对于铅离子具有强吸附能力的改性白炭黑，消除了堆积的生物质飞灰产生的危害，并提取生物质飞灰中硅元素作为原料制备具有高附加值的白炭黑产品，实现了生物质飞灰的综合利用。生物质飞灰的综合利用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于吸附铅离子的改性白炭黑制备方法


[0001]本专利技术属于无机材料
，具体涉及一种用于吸附铅离子的改性白炭黑制备方法。

技术介绍

[0002]生物质飞灰是生物质经过燃烧后，其内部的无机成分经过一系列复杂的物理化学变化而剩下的残余物总称。由于我国多煤、贫油、少气的能源分布结构，目前使用的能源以煤炭为主，而化石能源的持续消耗会造成严重的全球环境污染问题，并会最终枯竭使人类面临无能可用的情形，为了实现能源、社会、经济、环境多方面的协调和可持续发展，寻求代替性能源是一种较优的解决方式。而生物质作为一种种类繁多且可再生的清洁能源，并且有着较大的占有量，以生物质作为代替能源开展发电项目正在逐步发展并成为我国可再生能源利用中的中坚力量。
[0003]随着生物质发电产业在全球范围内的广泛应用和蓬勃发展，生物质电厂规模不断扩大必将产生大量的生物质灰，所产生的生物质飞灰主要包括细灰和未燃尽炭等，大当量的生物质飞灰如果不处理或者加以利用，在一定程度上将从清洁能源逐渐步向环境负担转化。
[0004]随着我国经济的高速发展，城市化进程不断加快，冶金、蓄电池、化工、电缆和轧制材料等工业飞速发展，我国对铅金属的需求量也越来越大。
[0005]重金属铅污染具有潜伏性、生物富集等特点，且进入生态环境中的铅会参与水体、土壤、生物系统的循环，并可通过食物链对人类的健康造成危害。因此，水体重金属铅的污染问题不容忽视，为了解决可能出现的铅污染，寻找经济有效的治理方法非常必要。
[0006]目前常用的重金属铅离子去除方法主要包括化学沉淀法、离子交换法、膜过滤法、氧化还原法和吸附法等，但现在所应用的各种方法都在一定程度上有类似于化学沉淀法后处理困难或者膜过滤法成本较高等问题。
[0007]白炭黑是一种白色粉末状无定型多孔无机材料，主要成分是水合二氧化硅，有着纯度高、粒径小、比表面积大、分散性能好等性质，并且以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领域内独具特性，有着不可取代的作用。值得一提的是白炭黑优异的比表面积和孔容等性质，使其作为吸附材料具有较好的吸附性能，并且制备方法简单、原材料成本低廉，在工业化推广上有较好的前景。

技术实现思路

[0008]鉴于现有技术存在问题，本专利技术的目的在于提供一种用于吸附铅离子的改性白炭黑制备方法，以工业废固粉煤灰为硅源，具有廉价易得优点的同时可以消除环境压力。
[0009]本专利技术的技术方案如下：一种用于吸附铅离子的改性白炭黑制备方法，包括如下步骤：1）将研磨后的生物质飞灰和NaOH加入至盛有水的烧杯中，在加热搅拌的条件下进
行反应，反应结束后对物料进行过滤，得到的滤液为粗硅溶液；2）将1）步骤中得到的粗硅溶液通过阳离子交换树脂去除金属离子，得到精制硅溶液；3）将2）步骤中得到的精制硅溶液加入至反应釜中，在加热搅拌的条件下，不断通入CO2，待反应体系pH值为7
‑
8时停止通入CO2及搅拌，将反应后的物料静置老化得到老化物料；4）将3）步骤中得到的老化物料进行减压过滤，经过滤后的滤饼置于烘箱中进行常压干燥，干燥后得到白炭黑产品；5）将4）步骤中得到的白炭黑产品研磨后加入至盛有无水乙醇的烧杯中，在加热搅拌的条件进行分散，分散均匀后加入改性剂进行回流改性；6）将5）步骤中反应后的物料进行减压过滤，用无水乙醇多次洗涤，将过滤后的滤饼置于烘箱中进行常压干燥，干燥完成后即可得到改性后的白炭黑产品。
[0010]进一步地，1）步骤中生物质飞灰主要成分为SiO2、Al2O3、K2O、CaO、Fe2O3及MgO，按组分重量比SiO2为70
‑
76 %、Al2O3为8
‑
10 %、K2O为3
‑
4 %、CaO为3
‑
3.6 %、Fe2O3为2
‑
3.4 %及MgO为1
‑
3 %。
[0011]进一步地，1）步骤中磨细后的生物质飞灰与NaOH的质量比为1:0.75
‑
1，磨细后的生物质飞灰与水的质量比为1:4.5
‑
6，且上述混合物在80
‑
95℃下搅拌反应。
[0012]进一步地，2）步骤中阳离子交换树脂为732氢型强酸型阳离子交换树脂。
[0013]进一步地，3）步骤中通入CO2使体系压力在0.2
‑
0.4Mpa，提硅溶液在45
‑
60℃下搅拌反应；老化温度为38
‑
48℃。
[0014]进一步地，4）步骤中常压干燥的过程为先在室温25℃恒温干燥8
‑
11h，之后在80℃恒温干燥1.5
‑
2.5 h，然后再120℃下恒温干燥1.5
‑
2 h，随后自然冷却至室温。
[0015]进一步地，5）步骤白炭黑质量与无水乙醇体积比为1:95
‑
135，其中质量单位为g，体积单位为mL，白炭黑的分散时间为2
‑
3小时h；白炭黑质量与改性剂体积比为1:5
‑
7.5,其中质量单位为g，体积单位为mL。
[0016]进一步地，5）步骤中改性剂由3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷；分散均匀的物料加入3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷后在70
‑
85℃下回流改性10
‑
12.5h。
[0017]进一步地，6）步骤中常压干燥过程为：在70℃下恒温干燥11
‑
13.5 h；改性后的白炭黑平均粒径<1μm，比表面积为150
‑
200m2/g。
[0018]与现有技术相比较，本专利技术的有益效果如下:1）本专利技术以生物质飞灰为硅源制备白炭黑产品，并以乙醇为分散剂，利用改性剂进行回流改性，制备了一种对于铅离子具有强吸附能力的改性白炭黑，消除了堆积的生物质飞灰产生的危害，并提取生物质飞灰中硅元素作为原料制备具有高附加值的白炭黑产品，实现了生物质飞灰的综合利用；2）本专利技术制得的改性白炭黑对于重金属铅离子有良好的吸附效果，能对含铅离子废水进行净化处理；3）本专利技术制得的改性白炭黑产品对甲醛具有良好的吸附性能，经测试得到甲醛的吸附量为200
‑
300mg/g。
附图说明
[0019]图1是本专利技术的工艺流程图；图2是本专利技术实施例1制得的改性白炭黑的SEM图；图3是本专利技术实施例1制得的改性白炭黑的FTIR图。
具体实施方式
[0020]下面结合实施例对本专利技术作进一步地说明，但本专利技术所保护的范围不限于所述范围。
[0021]如图1所示，一种用于吸附铅离子的改性白炭黑制备方法，包括如下步骤：1）将研磨后的生物质飞灰和NaOH加入至盛有水的烧杯中，在加热搅拌的条件下进行反应，反应结束后对物料进行过滤，得到的滤液为粗硅溶液；2）将1）步骤中得到的粗硅溶液通过阳离子交换树脂去除金属离子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于吸附铅离子的改性白炭黑制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）将研磨后的生物质飞灰和NaOH加入至盛有水的烧杯中，在加热搅拌的条件下进行反应，反应结束后对物料进行过滤，得到的滤液为粗硅溶液；2）将1）步骤中得到的粗硅溶液通过阳离子交换树脂去除金属离子，得到精制硅溶液；3）将2）步骤中得到的精制硅溶液加入至反应釜中，在加热搅拌的条件下，不断通入CO2，待反应体系pH值为7
‑
8时停止通入CO2及搅拌，将反应后的物料静置老化得到老化物料；4）将3）步骤中得到的老化物料进行减压过滤，经过滤后的滤饼置于烘箱中进行常压干燥，干燥后得到白炭黑产品；5）将4）步骤中得到的白炭黑产品研磨后加入至盛有无水乙醇的烧杯中，在加热搅拌的条件进行分散，分散均匀后加入改性剂进行回流改性；6）将5）步骤中反应后的物料进行减压过滤，用无水乙醇多次洗涤，将过滤后的滤饼置于烘箱中进行常压干燥，干燥完成后即可得到改性后的白炭黑产品。2.根据权利要求1所述的一种用于吸附铅离子的改性白炭黑制备方法，其特征在于1）步骤中生物质飞灰主要成分为SiO2、Al2O3、K2O、CaO、Fe2O3及MgO。3.根据权利要求1所述的一种用于吸附铅离子的改性白炭黑制备方法，其特征在于1）步骤中磨细后的生物质飞灰与NaOH的质量比为1:0.75
‑
1，磨细后的生物质飞灰与水的质量比为1:4.5
‑
6，且上述混合物在80
‑
95℃下搅拌反应。4.根据权利要求1所述的一种用于吸附铅离子的改性白炭黑制备方法，其特征在于2）步骤中阳离子交换树脂为732氢型强酸型阳离子交换树脂。5.根据权利要求1所述的一种用于吸附铅离子的改性...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建国，丁杨，宋鑫，邵方君，王奎，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：