CN103496946A

CN103496946A - 一种从水中滤除铬的陶粒滤料及其制备方法

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Publication number: CN103496946A
Application number: CN201310437630.0A
Authority: CN
Inventors: 苏磊; 王永强; 杨坤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2014-01-08

Abstract

本发明公开了一种用于滤除水中铬离子的陶粒滤料及其制备方法。该材料是以工业污泥和粘土为主料，配以活性炭或木屑、氢氧化钙或碳酸钙、铜和锌的硝酸盐或硫酸盐等辅料，通过混和、搅拌、造粒等过程，最终在缺氧或还原气氛中烧结而成。本发明的陶粒滤料兼具物理吸附和氧化-还原特性，孔隙丰富，比表面积大，能有效去除水中铬离子，且成本低廉，可广泛应用于工业废水处理领域。

Description

一种从水中滤除铬的陶粒滤料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于从水中滤除重金属铬的陶粒滤料及其制备方法。

背景技术

改革开放三十多年来，我国经济发展迅速，但环境污染日益严重，其中水源污染尤为突出，严重威胁到居民饮用水安全。饮用水中可能存在的杂质和污染物主要包括一些悬浮物、胶体物质和溶解性物质，其中以细菌、病毒、余氯以及砷、铅、镉、铬等重金属离子对人体健康的危害最大。重金属是生物体必须的微量元素，但同时具有强毒性，当浓度较高的，会对环境及人体产生巨大危害。因此，如何有效去除水中的重金属元素，已经成为水处理领域的一大热点课题。

中国发明专利CN 1044978C公布了一种重金属复合过滤和固定的方法。该方法是利用一种由硅质微粒以及多价金属离子存在的混和物组成的过滤介质来滤除液体中的金属沉淀物并储留它们。该法在实践中对过滤液体PH值范围有特殊的要求，且主要针对工业废水，并不适合饮用水过滤。中国发明专利CN 101659464A公布了一种由聚六亚甲基胍、纤维素、硫代乙醇酸、乙酸酐、醋酸、硅陶土等聚合而成的饮用水消毒除重金属的过滤装置。但并未公布应用实例，未知其滤除效果如何。中国发明专利CN 1544352A、CN 1544343A、CN 1544342A分别公布了一种以高分子材料为填充剂、纳米滤料为过滤体。制成层状圆形、卷曲筒状和片状的净水材料，用于去除水中的重金属、有机物、病毒和细菌等，这种净水材料功能多，净水效果比较好，但由于大量使用高分子材料作为填充剂，在水中长期使用稳定性下差，会影响其净水效果。中国发明专利CN 1821108A 公布了一种由多孔氧化硅、活性白土、多孔氧化铝、分子筛、活性炭、硅藻土中的一种或多种结合银、铜、锌、稀土中的两种或两种以上的金属制成的多元金属簇净水材料，吸附能力强，净水能力全面，是一种优良的净水材料，其不足之处在于成本较高，且粒径大小，孔径大小无法自由调节，应用范围较小。中国发明专利CN 101844004A公开了一种用于去除水中六价铬的过滤介质的制备方法，去除率可达95%-99%。此外，膜过滤技术也广泛应用于水中重金属铬的去除。以上两种技术所用原材料或介质价格均比较昂贵，成本较高，并不适合与推广应用。

针对以上各种净水材料的不足，本发明公布了一种用于从水中滤除重金属铬的陶粒滤料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于从水中滤除重金属铬的陶粒滤料及其制备方法。

发明概述：

本发明所公开的陶粒滤料，是采用污水处理厂的剩余污泥和粘土为主料，以钙源、碳源、铜源及锌源材料等为辅料，在缺氧或还原气氛下烧制而成的一种多孔陶粒材料。材料兼具物理吸附和氧化-还原特性，能有效去除水中重金属铬离子。

发明详述：

本发明所述的从水中滤除铬的陶粒滤料，是由以下原料烧制而成，各成分的用量如下（均为重量份）：

污泥和粘土70-80份，碳酸钙或氢氧化钙10-20份，木屑或活性炭10-20份，铜盐和锌盐各5-10份。以上所述污泥是污水处理厂的剩余污泥，粘土为高岭土、膨润土或活性白土，铜盐和锌盐可为硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐。

原料中的粘土为高岭土、膨润土或活性白土中的至少一种。

原料中污泥和粘土的重量份比介于1:1-2:1之间。

原料中的铜盐和锌盐为硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐。

本发明所述的从水中滤除铬的陶粒滤料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按上述配方将原材料充分混和、搅拌，调制成泥浆，使用造粒机将泥浆制成所需形状的泥粒，晾干成坯；

（2）将步骤（1）制得的泥坯置于高温烧结炉中，在缺氧或还原气氛下烧制，升温速率不超过每小时100℃，在炉温达到550-600℃时，保温1.5-2小时，接着以每小时100℃的升温速率继续升温，直到800-1100℃，保温2.5-4小时，停止加热，以每小时150-200℃的速率将炉温降至室温，得到多孔状陶粒滤料。

本发明所述陶粒滤料，可有效滤除水中的重金属铬离子，技术特点如下：

（1）本发明的陶粒滤料是一种多孔材料，在陶瓷烧制过程中，由于有机物的分解，在颗粒内部及表面产生大量的微孔，孔隙率可达80%，比表面积大，有很强的物理吸附固定能力。

（2）本发明的陶粒滤料在无氧条件下烧结，使污泥中的有机物碳化。一方面增加了材料的孔隙率，另一方面使材料具有类似于活性炭的过滤功能。

（3）本发明的陶粒滤料的配料中含有铜、锌元素，经过高温无氧或还原气氛烧结后，陶粒表面形成纳米级的铜、锌包覆层。从而形成纳米级的微观原电池，具有电化学氧化-还原特性，可与水中具有毒性的六价铬离子发生氧化-还原反应，将铬六价离子还原为三价，变为无毒性离子。

（4）本发明的陶粒滤料的孔隙率、孔径大小、外形尺寸可根据需要自由调节，适用于各种不同的环境。

与现有技术相比本发明的有益效果在于：

本发明的陶粒滤料是一种无机材料，耐腐蚀、耐高温、耐辐射的特点使其比现在大量应用的膜分离技术具有更宽的适用范围。本发明的陶粒滤料可根据需求制成各种尺寸的颗粒，便于进行填充床操作，且无毒无害、对环境友好。本发明的陶粒滤料是一种具有物理吸附和氧化-还原特性的复合功能材料，较之单一功能的过滤技术具有更好的滤除效果。本发明的陶粒滤料在合成中大量了使用废水污泥，是一种废物再利用，实现了以废治废，同时材料中的另一主料粘土及其它辅料的成本也极低，非常适合于大规模应用。

附图说明

图1是实施例1中步骤（2）中所得直径为6mm的陶粒滤料的外观照片。

图2是实施例1中步骤（2）中所得直径为6mm的陶粒滤料表面的扫描电镜（SEM）图片。

具体实施方案

具体实施方案是本发明优选方案，本发明并不限于此。

实施例1

按以下配比称取原料，各成分的用量均为重量份：

污泥40份，高岭土40份，碳酸钙10份，木屑15份，硝酸铜5份，硝酸锌5份。

制备步骤如下：

（1）按上述配方将原材料充分混和、搅拌，调制成泥浆，使用造粒机将泥浆制成直径6mm球形颗粒，晾干成坯；

（2）将步骤（1）制得的泥坯置于高温烧结炉中，在H₂气氛下烧制，以每小时80℃升温到550℃时，保温2小时，然后以每小时100℃的升温速率继续升温，直到800℃，保温3小时，停止加热，以每小时150℃的速率将炉温降至室温，得到多孔状陶粒滤料。

实施例2

按以下配比称取原料，各成分的用量均为重量份：

污泥40份，高岭土30份，碳酸钙20份，活性炭10份，硝酸铜5份，硝酸锌5份。

制备步骤如下：

（1）按上述配方将原材料充分混和、搅拌，调制成泥浆，使用造粒机将泥浆制成直径4mm球形颗粒，晾干成坯；

（2）将步骤（1）制得的泥坯置于高温烧结炉中，在H₂气氛下烧制，以每小时80℃升温到600℃时，保温2小时，然后以每小时100℃的升温速率继续升温，直到1000℃，保温2.5小时，停止加热，以每小时200℃的速率将炉温降至室温，得到多孔状陶粒滤料。

实施例3

按以下配比称取原料，各成分的用量均为重量份：

污泥30份，膨润土40份，碳酸钙10份，木屑15份，硝酸铜8份，硝酸锌8份。

制备步骤如下：

（1）按上述配方将原材料充分混和、搅拌，调制成泥浆，使用造粒机将泥浆制成直径2mm球形颗粒，晾干成坯；

（2）将步骤（1）制得的泥坯置于高温烧结炉中，在N₂气氛下烧制，以每小时80℃升温到600℃时，保温1.5小时，然后以每小时100℃的升温速率继续升温，直到1100℃，保温2.5小时，停止加热，以每小时200℃的速率将炉温降至室温，得到多孔状陶粒滤料。

实施例4

按以下配比称取原料，各成分的用量均为重量份：

污泥30份，活性白土40份，氢氧化钙10份，木屑20份，硫酸铜10份，硫酸锌10份。

制备步骤如下：

（2）将步骤（1）制得的泥坯置于高温烧结炉中，在N₂气氛下烧制，以每小时80℃升温到600℃时，保温1.5小时，然后以每小时100℃的升温速率继续升温，直到800℃，保温4小时，停止加热，以每小时200℃的速率将炉温降至室温，得到多孔状陶粒滤料。

实施例5

按以下配比称取原料，各成分的用量均为重量份：

污泥50份，膨润土25份，氢氧化钙15份，活性炭20份，醋酸铜5份，醋酸锌8份。

制备步骤如下：

（2）将步骤（1）制得的泥坯置于高温烧结炉中，在N₂气氛下烧制，以每小时80℃升温到600℃时，保温1.5小时，然后以每小时100℃的升温速率继续升温，直到1020℃，保温3小时，停止加热，以每小时200℃的速率将炉温降至室温，得到多孔状陶粒滤料。

实施例6

按以下配比称取原料，各成分的用量均为重量份：

污泥50份，活性白土28份，氢氧化钙20份，木屑18份，硫酸铜8份，硫酸锌8份。

制备步骤如下：

实施例7

用实施例3制备的陶粒滤料对水中的六价铬离子进行了静态吸附实验。

设备及样品：2L烧杯，重铬酸钾2.8317g，去离子水1升，Cr⁶⁺标液， 1g 实施例3所述陶粒滤料，磁力搅拌器，电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）

实验过程：

将2.8317g重铬酸钾溶解在1升去离子水中，取出15ml作为原液，送检。

将1g实施例3所述陶粒滤料加入烧杯中，搅拌吸附24小时后，取15ml溶液作为滤液，送检。

使用ICP-MS分析铬原液及滤液中铬六价离子浓度。

实验结果：原液铬六价离子浓度为0.083%，滤液铬六价离子浓度为0.0005%，计算得到实施例3制备的陶粒滤料对铬六价离子的去除率为99.39%。（该结果由河南省疾控中心给出）。

Claims

1.一种从水中滤除铬的陶粒滤料，其特征是由以下原料烧制而成，各成分的用量均为重量份：

污泥和粘土70-80份，碳酸钙或氢氧化钙10-20份，木屑或活性炭10-20份，铜盐和锌盐各5-10份。

2.如权利要求书1所述的从水中滤除铬的陶粒滤料，其特征在于原料中的粘土为高岭土、膨润土或活性白土中的至少一种。

3.如权利要求书1所述的从水中滤除铬的陶粒滤料，其特征在于原料中污泥和粘土的重量份比介于1:1-2:1之间。

4.如权利要求书1所述的从水中滤除铬的陶粒滤料，其特征在于原料中的铜盐和锌盐为硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐。

5.如权利要求1-4任意一项所述的从水中滤除铬的陶粒滤料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

6.如权利要求书5所述从水中滤除铬的陶粒滤料的制备方法，其特征在于步骤（2）中所述缺氧或还原气氛可为真空、氮气氛、氩气氛、氢气氛。