一種嵌布式零價鐵多孔吸附反應材料的制作方法

本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種嵌布式零價鐵多孔吸附反應材料的制備。

背景技術(shù)：

隨著鋼鐵行業(yè)的快速發(fā)展，鐵礦石尾礦的大量堆積，已成為工業(yè)固體廢棄物的重要組成部分。據(jù)統(tǒng)計，僅2011年我國尾礦排放量就達到了14億噸，其中鐵礦石尾礦占我國尾礦的一半以上。大量尾礦的堆積不僅占用了土地，造成了資源的浪費，而且也給環(huán)境帶來了嚴重污染和破壞。同時，隨著礦產(chǎn)資源的開采和消耗，礦產(chǎn)資源日益貧乏，尾礦的開發(fā)利用已受到世界各國的重視?，F(xiàn)階段，我國尾礦的綜合利用率僅為7％，從我國礦產(chǎn)資源的實際出發(fā)，大力開展尾礦資源綜合利用，實現(xiàn)資源節(jié)約，提高資源利用效率，有著十分重要的環(huán)境、經(jīng)濟和社會意義。

粉煤灰是燃煤電廠排出的固體廢棄物。我國粉煤灰資源開發(fā)與利用與歐美等發(fā)達國家相比還存在很大差距，發(fā)達國家對粉煤灰的利用率已經(jīng)高達90％，而我國目前只能達到45％左右。大量的粉煤灰廢棄物隨意堆積，不僅會占用農(nóng)田耕地，而且因雨水沖刷作用，粉煤灰的灰漿會污染江河湖泊，阻塞河道甚至污染到地下水，嚴重破壞生態(tài)環(huán)境。粉煤灰中含有大量的SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO、CaO和未燃燒碳粒，由于形成過程中經(jīng)過高溫、熔融、冷卻等一系列物理化學過程，其結(jié)構(gòu)多孔，比表面積大，具有較強的物理和化學吸附能力?，F(xiàn)階段，越來越多的研究將粉煤灰作為吸附材料應用于水處理過程中。然而粉煤灰對水體中污染物的吸附降解能力有限，且其機械強度較低，若直接投放到水體中會引起水體的渾濁堵塞等問題，限制了粉煤灰在水質(zhì)凈化中的應用范圍。

我國鐵資源豐富，鐵化學性質(zhì)活潑，尤其是納米零價鐵具有表面活性強，反應速度快，是一種高效的吸附反應材料。然而，納米零價鐵在實際應用過程中因其易氧化、易團聚，而受到一定的應用限制。目前采用植入某些改性劑的方法可以實現(xiàn)納米零價鐵性能的改善。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種嵌布式零價鐵多孔吸附反應材料的制備方法，以及該材料作為新型水質(zhì)凈化材料的應用，以進一步提高粉煤灰和零價鐵在水處理中的應用，同時可以克服已有填料的不足。

本發(fā)明涉及一種嵌布式零價鐵多孔吸附反應材料的制備方法，包括如下的步驟：

1)首先將粉煤灰、膨潤土、鐵礦石尾礦和碳，粉碎過80目篩后，105℃烘干24小時，按一定質(zhì)量比充分混勻，加入適量的蒸餾水再次混勻后，置于顆粒成型機中，擠壓成型；

2)將成型后材料室溫風干后，置于烘箱中烘干；

3)烘干后的材料放于帶蓋陶瓷干鍋中密封，于氣氛燒結(jié)爐中焙燒；

4)最后將焙燒后的材料，隔絕空氣自然冷卻至室溫，即得此種表面嵌布零價鐵的新型吸附反應材料。

上述步驟1)中，粉末狀混合材料與添加蒸餾水的質(zhì)量體積比為10∶1。

本發(fā)明是以粉煤灰為骨料、膨潤土為粘結(jié)劑、碳為還原劑，與鐵礦石尾礦充分混合，使用顆粒機擠壓成型后干燥，經(jīng)氣氛燒結(jié)爐燒結(jié)而成。其表層嵌布大量的零價鐵，是一種新型的高效水質(zhì)凈化材料。不僅價格低廉，去除效率高，機械強度大，比表面積大，同時可實現(xiàn)再生、重復利用。本發(fā)明制得的嵌布式零價鐵吸附反應材料，對印染廢水中的染料及水體中的鉛、鎘等重金屬具有明顯的吸附降解效果，應用非常廣泛。

附圖說明

圖1棕櫚殼為還原劑制備此種材料成型后照片；

圖2棕櫚殼為還原劑制備此種材料燒結(jié)后照片；

圖3煤為還原劑制備此種材料成型后照片；

圖4煤為還原劑制備此種材料燒結(jié)后照片。

具體實施方式

本發(fā)明選用廢棄鐵礦石和有機碳或無機碳，采用直接還原法制備零價鐵，不僅可以充分利用礦石產(chǎn)業(yè)的廢棄物，實現(xiàn)資源化，同時可使零價鐵高效的降解能力在水處理中得以充分發(fā)揮。采用粉煤灰作為造孔劑，一方面，實現(xiàn)廢棄物的二次利用，另一方面，大大提高材料內(nèi)部的空隙率，使材料具有大的比表面積。采用膨潤土作為粘結(jié)劑，不僅可以提高材料的機械強度，而且可以使零價鐵充分嵌布在材料表面，從而提高材料的使用壽命。本發(fā)明制得的嵌布式零價鐵多孔吸附反應材料，對水體中的染料及水體中的鉛、鎘等重金屬具有明顯的吸附降解效果。

以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

實施例1

一種嵌布式零價鐵新型吸附反應材料的制備方法，包括如下的步驟：

1)首先將粉煤灰、膨潤土、赤鐵尾礦和棕櫚殼，粉碎過80目篩后，105℃烘干24小時，按質(zhì)量比2∶2∶1∶1充分混勻，加入適量的蒸餾水再次混勻后，置于造粒機中，擠壓成型，如圖1所示；

2)將成型后材料室溫風干24小時后，置于烘箱中105℃烘干24小時；

3)烘干后的材料放于25mL帶蓋陶瓷干鍋中密封，在氣氛燒結(jié)爐中以10℃/min升溫至800℃焙燒10min；

4)最后將焙燒后的材料，隔絕空氣自然冷卻至室溫，即得此種表面嵌布零價鐵的新型吸附反應材料，如圖2所示。

上述步驟1)中，粉末狀混合材料與添加蒸餾水的質(zhì)量體積比為10∶1。

實施例2

一種嵌布式零價鐵新型吸附反應材料的制備方法，包括如下的步驟：

1)首先將粉煤灰、膨潤土、赤鐵尾礦和煤，粉碎過80目篩后，105℃烘干24小時，按質(zhì)量比2∶5∶4∶4充分混勻，加入適量的蒸餾水再次混勻后，置于造粒機中，擠壓成型，如圖3所示；

2)將成型后材料室溫風干24小時后，置于烘箱中105℃烘干24小時；

3)烘干后的材料放于25mL帶蓋陶瓷干鍋中密封，在氣氛燒結(jié)爐中以8℃/min升溫至800℃焙燒30min；

4)最后將焙燒后的材料，隔絕空氣自然冷卻至室溫，即得此種表面嵌布零價鐵的新型吸附反應材料，如圖4所示。

上述步驟1)中，粉末狀混合材料與添加蒸餾水的質(zhì)量體積比為10∶1。

實施例3

稱取0.5g此種吸附反應材料，放入盛有100mL濃度為100mg/L龍膽紫溶液的錐形瓶中，用NaOH或HCl調(diào)節(jié)溶液pH值為7，置于恒溫震蕩器中，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為120r/min，溫度為30℃，在設(shè)定的時間1h、3h、6h、9h、18h、22h、28h、42h、48h、72h時取樣，采用紫外-可見分光光度計測定濾液的吸光度。計算得到此種材料對龍膽紫在9h時吸附達平衡，去除率達98％。

實施例4

稱取0.5g此種吸附反應材料，放入盛有100mL濃度為100mg/L亞甲基藍溶液的錐形瓶中，用NaOH或HCl調(diào)節(jié)溶液pH值為7，置于恒溫震蕩器中，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為120r/min，溫度為30℃，在設(shè)定的時間1h、3h、6h、9h、18h、22h、28h、42h、48h、72h時取樣，采用紫外-可見分光光度計測定濾液的吸光度。計算得到此種材料對亞甲基藍在18h時吸附達平衡，去除率達70％。

實施例5

稱取0.5g此種吸附反應材料，放入盛有100mL濃度為100mg/L硝酸鉛的錐形瓶中，置于恒溫震蕩器中，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為120r/min，溫度為30℃，在設(shè)定的時間1h、3h、6h、9h、18h、22h、28h、42h、48h取樣，采用原子吸收分光光度計測定水樣中金屬鉛的濃度，計算其去除率。計算得此種材料在48h時，對鉛的去除率為86％。

實施例6

稱取0.5g此種吸附反應材料，分別放入盛有100mL濃度為100mg/L氯化鎘的錐形瓶中，置于恒溫震蕩器中，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為120r/min，溫度為30℃，在設(shè)定的時間1h、3h、6h、9h、18h、22h、28h、42h、48h取樣，采用原子吸收分光光度計測定水樣中金屬鎘的濃度，計算其去除率。計算得此種材料在48h時，對鎘的去除率達91％。

可見，本發(fā)明制備的嵌布式零價鐵吸附反應材料，因其價格低廉，可實現(xiàn)廢棄物的資源化，同時對廢水中龍膽紫和亞甲基藍及鉛、鎘等重金屬具有明顯的凈化效果，是一種有效的水質(zhì)凈化材料。