CN113398884B - 浮水吸附剂及其配比计量方法 - Google Patents
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Abstract
一种浮水吸附剂，它是由多孔吸附材料、浮体、粘土经过精确计量配比并采用特殊工艺制成。本发明有益的效果是：制备的浮水吸附剂，是经过精确计量各组分配比并采用特殊工艺制成的，目的在于可以进行低成本产业化大批量生产，最大特点是比重轻，既能浮于水，又有吸附性，既能够对有机污染物、重金属污染物等进行吸附，对土壤、水质进行污染物治理，又能够借助水的浮力漂浮于水面，实现环境中污染物的分离，也便于浮水吸附剂的回收再利用，可广泛应用于土壤污染治理、水质净化等领域，为污染物的分离、吸附剂的回收创造条件。
Description
技术领域
本发明涉及环保领域，尤其涉及一种浮水吸附剂及其配比计量方法。
背景技术
目前，土壤污染包括无机物污染、有机物污染和有害微生物污染，如重金属污染、农药残留、有害有机物污染。它们有的来自于自然界，有的来自于人类的生产和生活。在植物生长过程中，它们会或多或少迁移到食品中，对人类造成危害，近年来兴起在土壤中加入多孔材料(生物质炭、沸石等)进行吸附，这不失是个好方法，但多孔材料留在土壤中，吸附的污染物容易脱附，重新污染土壤；同时，多孔材料存在孔道堵塞、吸附饱和问题；另外，植物对污染物的吸收与多孔材料对污染物的吸附之间，还存在一定的竞争，所以，这种治理方法还不能有效解决问题。
同样，对于水质的净化，如河道、湖泊、水厂水池、污水池、泳池、池塘等等的水质，通常也是采用多孔材料(生物质炭、沸石等)进行吸附，以达到净化水质的目的，同样也存在着类似的问题。
因此，市面上亟需能够解决这些问题的净化材料。
发明内容
本发明要解决上述现有技术存在的问题，提供一种浮水吸附剂及其配比计量方法，制备的浮水吸附剂，既能浮于水，又有吸附性，既能够对有机污染物、重金属污染物等进行吸附，对土壤进行污染物治理，又能够浮出水面方便污染物的分离，方便浮水吸附剂的回收利用。
本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种浮水吸附剂，它是由下列原料配比制成：多孔吸附材料、浮体、粘土，所述多孔吸附材料、浮体、粘土的配比计量方法为：
其中，多孔吸附材料，密度为Px，所占比例为X；
浮体，密度为Py，所占比例为Y；
粘土，密度为Pn，所占比例为N；
a为浮水吸附剂试生产后测定的密度；
计算公式为：X+Y+N＝1；
X×Px+Y×Py+N×Pn＝1/a；
其中，各组分密度的测定方法为：
①、Px：是去除透水孔容后的纯密度，取500g多孔吸附材料，烘干备用，再称取烘干后的100g多孔吸附材料放入水中振荡，或加压，使之充分饱和吸收水分，然后取出并称重c，单位为g，再放入盛水计量杯中测出这100g的含水体积b，单位为cm3；
Px＝100/[b-(c-100)]＝100/(b-c+100)单位g/cm3平行测试做三次，取平均值；
②、Py:方法同Px，平行测试做三次，取平均值；
③、Pn:取300目以下粘土500g烘干备用，再称取烘干后的100g粘土放入计量杯中测出这100g的体积e，单位为cm3；
Pn＝100/e，单位为g/cm3，平行测试做三次，取平均值；
确定好各组分的密度，再确定各组分的比例，其中N为0.1～0.3，按照粘土品质获得N的数值，计算出X和Y，确定多孔吸附材料、浮体、粘土的配比。
多孔吸附材料采用3mm以下细颗粒或粉体，选用多孔炭或分子筛。
浮体选用1～5mm颗粒，能耐高温1050℃以上，比水轻的无机材料，选用浮石、陶粒或气孔瓷粒。
粘土选100目以下，选用凹凸棒土或陶土。
上述的浮水吸附剂的制备工艺，包括如下步骤：
第一步，按配方组分和上述配比计量方法进行配料；
第二步，加水搅拌混合均匀，其中水占比5～50％；
第三步，使用制粒机或挤出机制粒，粒径3～20mm，形成球状或柱状颗粒坯体；
第四步，自然风干或烘房、烘干线烘干；
第五步，隔氧高温烧制，450℃～1050℃，烧结后具有既定强度、保持高吸水性，也就是吸水率10％以上，粘土无玻化结晶；
第六步，放入水中筛选，剔除下沉的次品，取浮于水面的浮水吸附剂。
本发明有益的效果是：本发明的浮水吸附剂及其配比计量方法，制备的浮水吸附剂，是经过精确计量各组分配比并采用特殊工艺制成的，目的在于可以进行低成本产业化大批量生产，最大特点是比重轻，既能浮于水，又有吸附性，既能够对有机污染物、重金属污染物等进行吸附，对土壤、水质进行污染物治理，又能够借助水的浮力漂浮于水面，实现环境中污染物的分离，也便于浮水吸附剂的回收再利用。可广泛应用于土壤污染治理、水质净化等领域，为污染物的分离、吸附剂的回收创造条件。
附图说明
图1为本发明实施例制备的浮水吸附剂的使用状态示意图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步说明：
这种浮水吸附剂，它是由下列原料配比制成：多孔吸附材料、浮体、粘土，所述多孔吸附材料、浮体、粘土的配比计量方法为：
其中，多孔吸附材料，密度为Px，所占比例为X；
浮体，密度为Py，所占比例为Y；
粘土，密度为Pn，所占比例为N；
a为浮水吸附剂试生产后测定的密度；
计算公式为：X+Y+N＝1；
X×Px+Y×Py+N×Pn＝1/a；
其中，各组分密度的测定方法为：
①、Px：是去除透水孔容后的纯密度，取500g多孔吸附材料，烘干备用，再称取烘干后的100g多孔吸附材料放入水中振荡，或加压，使之充分饱和吸收水分，然后取出并称重c，单位为g，再放入盛水计量杯中测出这100g的含水体积b，单位为cm3；
Px＝100/[b-(c-100)]＝100/(b-c+100)单位g/cm3平行测试做三次，取平均值；
②、Py:方法同Px，平行测试做三次，取平均值；
③、Pn:取300目以下粘土500g烘干备用，再称取烘干后的100g粘土放入计量杯中测出这100g的体积e，单位为cm3；
Pn＝100/e，单位为g/cm3，平行测试做三次，取平均值；
确定好各组分的密度，再确定各组分的比例，其中N为0.1～0.3，按照粘土品质获得N的数值，计算出X和Y，确定多孔吸附材料、浮体、粘土的配比。
多孔吸附材料采用3mm以下细颗粒或粉体，选用多孔炭或分子筛。
浮体选用1～5mm颗粒，能耐高温1050℃以上，比水轻的无机材料，选用浮石、陶粒或气孔瓷粒。
粘土选100目以下，选用凹凸棒土或陶土。
上述的浮水吸附剂的制备工艺，包括如下步骤：
第一步，按配方组分和上述配比计量方法进行配料；
第二步，加水搅拌混合均匀，其中水占比5～50％；
第三步，使用制粒机或挤出机制粒，粒径3～20mm，形成球状或柱状颗粒坯体；
第四步，自然风干或烘房、烘干线烘干；
第五步，隔氧高温烧制，450℃～1050℃，烧结后具有既定强度、保持高吸水性，也就是吸水率10％以上，粘土无玻化结晶；
第六步，放入水中筛选，剔除下沉的次品，取浮于水面的浮水吸附剂。
具体说明:
浮水吸附剂：是指密度小于水、在水中能浮于水面并具有吸附功能的颗粒状复合材料。基本要求就是既能浮于水，又有吸附性，针对有机污染物、重金属污染物等。
多孔吸附材料：选3mm以下细颗粒或粉体，优选多孔炭，分子筛。
浮体：能耐高温1050℃以上、远比水轻的无机材料，吸附剂靠它浮上水面，优选浮石、陶粒、气孔瓷粒。
原理：在浮体内部有丰富的不透水气孔，密度很小，依靠它来降低吸附剂的比重，直至能使“浮水吸附剂”轻于水。粒径不能太小，太细了会破坏内部气孔，增加密度。多孔吸附材料和粘土的密度都是相对固定的，所以浮体的密度越小，浮力就越大，多孔吸附材料的含量就可以相应提高，浮水吸附剂的吸附能力就越强。
浮石或陶粒：可以外购，成本低，但低密度的细微颗粒，3mm以下市场上很少，供应不稳定，因此以自制气孔瓷粒为主。
气孔瓷粒的制备：选取粘土细粉30-50％，其余为生物质粉末或煤粉，加水混合搅拌制粒，烘干后装入窑1100-1300℃有氧煅烧，使之瓷化不吸水，而内部的生物质粉末或煤粉被氧化，留下无数气孔，因气孔发达，所以密度低，为0.5g/cm3左右。
粘土粉体：选100目以下，优选凹凸棒土和陶土，凹凸棒土密度低、烧结温度低；粘土起粘合作用，经与浮体和多孔吸附材料按一定比例混合、高温隔氧煅烧后，将浮体和多孔吸附材料粘接一起形成颗粒状浮水吸附剂，因为它是无机材料，经烧结后成多孔状，不会堵塞吸附材料孔道，粘合性强，没有二次污染。
多孔吸附材料和浮体不宜用胶水直接粘接，浮体也不宜采用塑料、泡沫等低密度有机材料。理由：一是胶水会堵塞多孔吸附材料的孔道，降低吸附性；二是胶水容易老化失去粘性；三是避免有机材料和胶水产生二次污染，污染被治理的客体；四是有机材料不耐高温。
本发明最重要的一点，是解决新发明材料浮水吸附剂的密度问题，通过精确计算各组分比例，能确保所得的吸附剂轻于水，同时保持强效的吸附能力，因为多孔吸附材料在水中一定时间后总会下沉，而粘土密度也大于水，所以需要精准计算浮体的比例。
一、计算公式的给出:因浮水吸附剂密度要小于1g/cm3。
设：多孔吸附材料密度为Px，所占比例为X
浮体 密度为Py，所占比例为Y
粘土 密度为Pn，所占比例为N
则：各组分比例需满足以下两个公式：
①X+Y+N＝1
②X×Px+Y×Py+N×Pn＝1
注：这不是最终公式，试生产后需要微调。
二、各组分密度测定：
各组分实际材料选定后，密度测定方法如下:
①Px:是去除透水孔容后的纯密度；取500g多孔吸附材料，烘干备用，称取100g放入水中振荡，或加压，使之充分饱和吸收水分，然后取出并称重c，单位为g，再马上放入盛水计量杯中测出这100g的含水体积b,单位为cm3；
Px＝100/[b-(c-100)]＝100/(b-c+100)单位g/cm3；
平行测试做三次，取平均值。
②Py:方法同Px；
③Pn:取300目以下粘土500g烘干备用，称取100g放入计量杯中测出这100g的体积e，单位为cm3；
Pn＝100/e单位g/cm3；
平行测试做三次，取平均值。
三、各组分的比例：
各组分密度确定后，再确定各组分比例。在实际生产过程中，N是经验数据，粘土种类品质不同，在0.1～0.3之间，在确保强度前提下，越低越好，一旦N值确定，就可以计算出X和Y，以此配料并组织加工。
实际操作中，N可以先取0.2比例做试生产，强度如能达到要求就以此定型，否则就做适当调整。
四、小批量试生产:
取N＝0.2，按上述测定的密度和公式，计算出X和Y，按此比例配料300～500公斤，按制备工艺步骤试生产制得吸附剂。
此时，这个吸附剂可能还是会沉于水的，因为混料制粒后的坯体锻烧后体积和重量会有变化，实际材料、各组分比例、烧制温度和设备密封程度不同，缩张率有所区别，这样，烧制后总体密度是不一样的。如果变成1以上了，自然会沉于水。因此，经过试生产，还要根据实际密度对上述公式进行微调。
设：试生产所得吸附剂的密度为a，测定方法同Px。
则：计算最终计算公式调整为：
①X+Y+N＝1
②X×Px+Y×Py+N×Pn＝1/a
按此公式计算得出各组分比例，其中多孔吸附材料实际所占比例≤X，浮体所占比例≥Y，以此组织大规模生产。
如果各组分任一种材料的品种规格有所变化，以及工艺和设备有所调整，就要按上述配比计量方法重新测算各组分比例。
实施例一：
当N为0.1时，多孔吸附材料选择竹炭，密度为1.9，浮体选择陶粒，密度为0.7，粘土选择陶土，密度为1.6，采用梭式窑1050度烧制，试生产所得吸附剂的密度a为1.08，取小数点后两位，计算时四舍五入，此时X为0.11，Y为0.79，也就是X占比11％，Y占比79％，N占比10％。
实施例二：
当N为0.2时，多孔吸附材料选择活性炭，密度为2.2，浮体选择气孔瓷粒，密度为0.5，粘土选择凹凸棒土，密度为1.4，采用梭式窑500度烧制，试生产所得吸附剂的密度a为1.03，取小数点后两位，计算时四舍五入，此时X为0.17，Y为0.63，也就是X占比17％，Y占比63％，N占比20％。
实施例三：
当N为0.3时，多孔吸附材料选择分子筛，密度为1.8，浮体选择浮石，密度为0.6，粘土选择陶土，密度为1.6，采用回转窑750度烧制，试生产所得吸附剂的密度a为1.04，取小数点后两位，计算时四舍五入，此时X为0.05，Y为0.65，也就是X占比5％，Y占比65％，N占比30％。
通过实例分析，本发明生产优质高效的浮水吸附剂，有以下几个关键点:
一、尽量提升多孔吸附材料的单位吸附能力；
二、尽量降低浮体的密度；
三、选取的粘土的粘接力/可塑性要强，烧结温度要低；
四、窑炉密封性要好，多孔炭严防氧化，多孔炭被氧化越多，吸附能力越是降低；
五、烧制温度与a值正相关，a数值越小越好，所以在保持一定的强度下，烧制温度越低越好。
本发明实施例的特点是：本发明的浮水吸附剂及其配比计量方法，制备的浮水吸附剂，是经过精确计量各组分配比并采用特殊工艺制成的，目的在于可以进行低成本产业化大批量生产，最大特点是比重轻，既能浮于水，又有吸附性，既能够对有机污染物、重金属污染物等进行吸附，对土壤、水质进行污染物治理，又能够借助水的浮力漂浮于水面，实现环境中污染物的分离，也便于浮水吸附剂的回收再利用。可广泛应用于土壤污染治理、水质净化等领域，为污染物的分离、吸附剂的回收创造条件。
虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。
Claims (5)
1.一种浮水吸附剂，其特征在于，它是由下列原料配比制成：多孔吸附材料、浮体、粘土，所述多孔吸附材料、浮体、粘土的配比计量方法为：
其中，多孔吸附材料，密度为Px，所占比例为X；
浮体，密度为Py，所占比例为Y；
粘土，密度为Pn，所占比例为N；
a为浮水吸附剂试生产后测定的密度，测定方法同Px；
计算公式为：X + Y + N = 1；
X×Px + Y×Py + N×Pn = 1/a；
其中，各组分密度的测定方法为：
①、Px：是去除透水孔容后的纯密度，取500g多孔吸附材料，烘干备用，再称取烘干后的100g多孔吸附材料放入水中振荡，或加压，使之充分饱和吸收水分，然后取出并称重c，单位为g，再放入盛水计量杯中测出这100g的含水体积b，单位为cm3；
Px =100/[b-(c-100)]=100/(b-c+100) 单位g/cm3；平行测试做三次，取平均值；
②、Py: 方法同Px，平行测试做三次，取平均值；
③、Pn: 取300目以下粘土500g烘干备用，再称取烘干后的100g粘土放入计量杯中测出这100g的体积e，单位为cm3；
Pn=100/e，单位为g/cm3，平行测试做三次，取平均值；
确定好各组分的密度，再确定各组分的比例，其中N为0.1～0.3，按照粘土品质获得N的数值，计算出X和Y，确定多孔吸附材料、浮体、粘土的配比；在试生产过程中通过下述公式计算出X和Y的初始值：X+Y+N＝1；X×Px+Y×Py+N×Pn＝1。
2.根据权利要求1所述的浮水吸附剂，其特征在于：所述多孔吸附材料采用3mm以下细颗粒或粉体，选用多孔炭或分子筛。
3.根据权利要求1所述的浮水吸附剂，其特征在于：所述浮体选用1～5mm颗粒，能耐高温1050℃以上，比水轻的无机材料，选用浮石、陶粒或气孔瓷粒。
4.根据权利要求1所述的浮水吸附剂，其特征在于：所述粘土选100目以下，选用凹凸棒土或陶土。
5.根据权利要求1所述的浮水吸附剂的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）、按配方组分和上述配比计量方法进行配料；
（2）、加水搅拌混合均匀，其中水占比5～50%；
（3）、使用制粒机或挤出机制粒，粒径3～20mm，形成球状或柱状颗粒坯体；
（4）、自然风干或烘房、烘干线烘干；
（5）、隔氧高温烧制，450℃～1050℃，烧结后的浮水吸附剂具有既定强度和高吸水性，吸水率10%以上，粘土无玻化结晶；
（6）、放入水中筛选，剔除下沉的次品，取浮于水面的浮水吸附剂。
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