一种用于磷酸盐吸附的颗粒赤泥基吸附剂制备方法

摘要

本发明公开了一种用于磷酸盐吸附的颗粒赤泥基吸附剂制备方法，属于环境治理技术领域。该方法包括：在一定条件下制备酸活化的中和赤泥；将酸活化的中和赤泥、稻草粉末及羟丙基甲基纤维素在一定条件下制得颗粒赤泥基吸附剂；将制备的颗粒赤泥基吸附剂用于磷酸盐的吸附。本发明的颗粒赤泥基吸附剂的制备方法简单实用，所制备的颗粒赤泥基吸附剂比表面积大，具有良好的磷酸盐吸附能力，对于解决赤泥污染和磷酸盐回收、实现以废治废具有重要意义。

权利要求

1.一种颗粒赤泥基吸附剂的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：取一定量的拜耳法工艺(Bayer process)生产氧化铝后剩余的矿渣作为原始赤泥，将其与钙镁离子溶液以1:3-1:5的重量比混合，连续搅拌直至pH达到8.2-8.6，然后进行固液分离，并用去离子水冲洗固体样品多次，直到滤液pH呈中性，然后将固体样品在100-120℃温度下烘干10-

12h；将烘干的样品自然冷却后碾磨过筛，得到颗粒大小为100-150μm的中和赤泥；在40-45℃条件下，将上述中和赤泥投加到8.0-10.0mol/L盐酸溶液中进行活化反应4-6h，并进行固液分离，并用去离子水冲洗固体样品多次，直至滤液pH呈中性，然后将固体样品在100-120℃温度下烘干10-12h；将烘干的样品自然冷却后碾磨过筛，得到颗粒大小为100-150μm的酸活化的中和赤泥；将稻草在100-120℃温度下烘干10-12h，自然冷却后碾磨过筛，得到颗粒大小为100-150μm的稻草粉末；将100-150μm的酸活化的中和赤泥、100-150μm的稻草粉末及羟丙基甲基纤维素按82:11:7-71:22:7比例混合均匀，并加入适量的去离子水充分搅拌后造粒成型，颗粒直径大小为2-3mm；将得到的颗粒在室温干燥24h，225-250℃的温度条件下焙烧30-60min，得到颗粒赤泥基吸附剂。

说明书

一种用于磷酸盐吸附的颗粒赤泥基吸附剂制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于环境治理技术领域，特别涉及一种用于磷酸盐吸附的颗粒赤泥基吸附剂制备方法。

背景技术

[0002] 赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣。每生产1吨氧化铝，平均产生0.3-2.0吨赤泥。每年全球赤泥产生量约为1.2亿吨。目前大部分赤泥依靠大面积的堆场堆放，尚没有有效的利用方式，不仅占用大量土地，也对环境造成严重的污染。因此赤泥的资源化利用迫在眉睫。

[0003] 目前，已有一些研究将粉末赤泥制成吸附剂用于磷酸盐的吸附。虽然不同来源赤泥的理化性质有所不同，但是经过适当活化后均对磷酸盐有良好的吸附性能。但是这些粉末赤泥基吸附剂在实际应用中存在一定的局限性。废水经过粉末赤泥基吸附剂处理后存在固液分离等问题。若将粉末赤泥基吸附剂装填在吸附柱中进行动态吸附，易造成吸附柱堵塞和水头损失增加，使吸附无法进行。为了改善赤泥在实际中的可利用性，将其颗粒化是必然的选择。

[0004] 目前将粉末赤泥基吸附剂颗粒化的研究很少。在已知的文献中，Despland等人以中和赤泥粉末为原料制备了多孔颗粒赤泥吸附剂。Yue等人以焚烧法制铝工业产生的粉末赤泥为原材料制备了颗粒赤泥吸附剂。这些颗粒赤泥吸附剂吸附能力较低(磷酸盐吸附量低于10mg/g)。此外，公开号为CN101143312A的发明专利在制备颗粒赤泥吸附剂的过程中所采用的原料多达5种，而且需要通过梯度控温进行焙烧。公开号为CN1317548A的发明专利以赤泥、粉煤灰、粘土为原料，配以造孔剂制备陶瓷吸附剂，制备的陶瓷吸附剂强度和气孔率低，吸附性能差，不适合大规模的推广应用。因此需要开发简便新型的颗粒赤泥基吸附剂制备方法。本专利仅以酸活化的中和赤泥、羟丙基甲基纤维素以及稻草粉末为原料制备颗粒赤泥基吸附剂，制备工艺简单、成本低廉，制得的颗粒赤泥基吸附剂具有优越的磷酸盐吸附性能，可为赤泥的资源化利用提供一条新思路，具有较高的经济、社会和环境的效益。

发明内容

[0005] 1.发明目的

[0006] 本发明的目的在于，克服现有粉末赤泥吸附磷酸盐过程中的不足，提供一种工艺简单、成本低廉、效果良好的颗粒赤泥基吸附剂的制备方法。

[0007] 2.技术方案

[0008] 本发明提供的一种颗粒赤泥基吸附剂制备方法，包括以下步骤：

[0009] (1)取一定量的原始赤泥，将其与钙镁离子溶液以1:3-1:5的重量比混合，连续搅拌直至pH达到8.2-8.6；

[0010] (2)将上述加入钙镁离子的赤泥混合液进行固液分离，并用去离子水冲洗固体样品多次，直到滤液pH呈中性，然后将固体样品在100-120℃温度下烘干10-12h；

[0011] (3)将烘干后的样品自然冷却后碾磨过筛，得到颗粒大小为100-150μm的中和赤泥；

[0012] (4)将中和赤泥以0.4-0.5g/L的投加量加入至8.0-10.0mol/L的盐酸溶液中，在40-45℃温度下反应4-6h；

[0013] (5)将上述加入盐酸溶液的赤泥混合液进行固液分离，并用去离子水冲洗固体样品多次，直至滤液pH呈中性，然后将固体样品在100-120℃温度下烘干10-12h；

[0014] (6)将烘干后的样品自然冷却后碾磨过筛，得到颗粒大小为100-150μm的酸活化的中和赤泥；

[0015] (7)将稻草在100-120℃温度下烘干10-12h，自然冷却后碾磨过筛，得到颗粒大小为100-150μm的稻草粉末；

[0016] (8)将酸活化的中和赤泥、稻草粉末及羟丙基甲基纤维素分别以82:11:7-71:22:7的重量比混合均匀；

[0017] (9)加入适量的去离子水并充分搅拌后造粒成型，颗粒直径大小为2-3mm；

[0018] (10)将上述颗粒在室温干燥24h；

[0019] (11)将上述颗粒于在225-250℃温度下焙烧30-60min得到颗粒赤泥基吸附剂。

[0020] 本发明所述的颗粒赤泥基吸附剂吸附磷酸盐的方法，包括以下步骤：

[0021] (12)取一定量的颗粒赤泥基吸附剂，加入初始浓度为400-500mg/L、初始溶液pH为5-7的磷酸盐溶液中，测定颗粒赤泥基吸附剂的饱和吸附量。

[0022] 所述的改性赤泥颗粒化制备方法中的原始赤泥为拜耳法工艺(Bayer process)生产氧化铝后剩余的矿渣；稻草取自普通农场；羟丙基甲基纤维素为购买的商业产品。

[0023] 3.本发明的有益效果

[0024] (1)本发明所需的原料取材方便，价格低廉，颗粒赤泥基吸附剂的制备方法简单实用，具有大规模工业化运用的技术潜力；

[0025] (2)本发明所制备的颗粒赤泥基吸附剂比表面积大，具有良好的磷酸盐吸附能力，其磷酸盐吸附量达到69.33-84.56mg/g，在环境治理技术领域具有广阔的运用前景；

[0026] (3)本发明这对于解决赤泥污染和磷酸盐回收、实现以废治废具有重要意义。

附图说明

[0027] 图1 颗粒赤泥基吸附剂的表面SEM图。具体实施方式：

[0028] 下面通过具体实施例对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。

[0029] 本发明实施例中所用的赤泥为拜耳法工艺(Bayer process)生产氧化铝后剩余的矿渣；稻草取自普通农场；羟丙基甲基纤维素为购买的商业产品。

[0030] 实施例1：

[0031] (1)取一定量的原始赤泥，将其与钙镁离子溶液以1:5的重量比混合，连续搅拌直至pH达到8.4；

[0032] (2)将上述加入钙镁离子的赤泥混合液进行固液分离，并用去离子水冲洗固体样品多次，直到滤液pH呈中性，然后将固体样品在100℃温度下烘干12h；

[0033] (3)将烘干后的样品自然冷却后碾磨过筛，得到颗粒大小为100μm的中和赤泥；

[0034] (4)将中和赤泥以0.5g/L的投加量加入至10.0mol/L的盐酸溶液中，在40℃温度下反应5h；

[0035] (5)将上述加入盐酸溶液的赤泥混合液进行固液分离，并用去离子水冲洗固体样品多次，直至滤液pH呈中性，然后将固体样品在100℃温度下烘干12h；

[0036] (6)将烘干后的样品自然冷却后碾磨过筛，得到颗粒大小为100μm的酸活化的中和赤泥；

[0037] (7)将稻草在100℃温度下烘干12h，自然冷却后碾磨过筛，得到颗粒大小为100μm的稻草粉末；

[0038] (8)将酸活化的中和赤泥、稻草粉末及羟丙基甲基纤维素分别以71:22:7的重量比混合均匀；

[0039] (9)加入适量的去离子水并充分搅拌后造粒成型，颗粒直径大小为2mm；

[0040] (10)将上述颗粒在室温干燥24h；

[0041] (11)将上述颗粒于在225℃温度下焙烧30min得到颗粒赤泥基吸附剂。

[0042] 用实施例1制备的颗粒赤泥基吸附剂进行以下实施例2的磷酸盐吸附。

[0043] 实施例2：

[0044] 配制初始浓度为500mg/L，初始pH值为7.0的磷酸盐溶液，加入实施例1制备的赤泥颗粒，在40℃的温度条件下，以100rpm的转速搅拌48h。所得结果如下：赤泥颗粒的比表面积及总孔容积分别为113.54m2/g和0.0287cm3/g。单位颗粒赤泥基吸附剂的磷酸盐吸附量达到84.56mg/g.

[0045] 实施例3：

[0046] (1)取一定量的原始赤泥，将其与钙镁离子溶液以1:5的重量比混合，连续搅拌直至pH达到8.4；

[0047] (2)将上述加入钙镁离子的赤泥混合液进行固液分离，并用去离子水冲洗固体样品多次，直到滤液pH呈中性，然后将固体样品在100℃温度下烘干12h；

[0048] (3)将烘干后的样品自然冷却后碾磨过筛，得到颗粒大小为100μm的中和赤泥；

[0049] (4)将中和赤泥以0.5g/L的投加量加入至10.0mol/L的盐酸溶液中，在40℃温度下反应5h；

[0050] (5)将上述加入盐酸溶液的赤泥混合液进行固液分离，并用去离子水冲洗固体样品多次，直至滤液pH呈中性，然后将固体样品在100℃温度下烘干12h；

[0051] (6)将烘干后的样品自然冷却后碾磨过筛，得到颗粒大小为100μm的酸活化的中和赤泥；

[0052] (7)将稻草在100℃温度下烘干12h，自然冷却后碾磨过筛，得到颗粒大小为100μm的稻草粉末；

[0053] (8)将酸活化的中和赤泥、稻草粉末及羟丙基甲基纤维素分别以81:11:7的重量比混合均匀；

[0054] (9)加入适量的去离子水并充分搅拌后造粒成型，颗粒大小为2mm；

[0055] (10)将上述颗粒在室温干燥24h；

[0056] (11)将上述颗粒于在250℃温度下焙烧30min得到颗粒赤泥基吸附剂。

[0057] 用实施例3制备的颗粒赤泥进行以下实施例4的磷酸盐吸附。

[0058] 实施例4：

[0059] 配制初始浓度为500mg/L，初始pH值为7.0的磷酸盐溶液，加入实施例1制备的赤泥颗粒，在20℃的温度条件下，以100rpm的转速搅拌48h。所得结果如下：赤泥颗粒的比表面积及总孔容积分别为90.70m2/g和0.0104cm3/g。单位颗粒赤泥基吸附剂的磷酸盐吸附量达到69.33mg/g。