申请日2012.10.10
公开(公告)日2013.02.06
IPC分类号B01J20/26; B01J20/28; C02F1/48; C02F1/28; C02F1/42; B01J20/30
摘要
本发明提供了一种复合水处理剂及其制备方法与应用。其中，本发明的复合水处理剂包含48～70重量份钠基膨润土、8～15重量份硅藻土、8～15重量份沸石、6～10重量份磁性物质、5～7重量份壳聚糖以及3～5重量份聚丙烯酰胺的各组分，该复合水处理剂的制备方法简单，材料来源广泛。复合水处理剂能够去除水中的重金属离子和有机污染物的同时，还能起到降低水中电解质浓度，此外，还能借助于磁滤法进行快速地固液分离的作用。本发明可应用于反渗透系统的预处理工艺，有助于提高反渗透系统的产水率，降低反渗透系统的工作压力，有显著的实用价值和广阔的市场前景。
权利要求书
1.一种复合水处理剂，其特征在于包含以下按重量份计的组分：
其中，
所述的磁性物质为比磁化系数χ0>12.6×10-8m3/kg、粒度小于100μm的氧化 铁化合物。
2.根据权利要求1所述的复合水处理剂，其特征在于：所述的钠基膨润土、 硅藻土和沸石为提纯过的天然矿物产品。
3.根据权利要求1所述的复合水处理剂，其特征在于：所述的钠基膨润土、 硅藻土和沸石的颗粒粒度大小为150～200目。
4.根据权利要求1所述的复合水处理剂，其特征在于：所述的磁性物质为 气态为溶胶凝聚状、干态为棕红色粉末状的γ-Fe2O3。
5.根据权利要求4所述的复合水处理剂，其特征在于：所述的磁性物质通 过采用磁场强度为1000～1500Gs的磁铁块从钢铁厂所排放的烟尘中分离出。
6.根据权利要求1～5任一项所述的复合水处理剂的制备方法，其特征在 于包括以下具体步骤：
(1)将48～70重量份钠基膨润土、8～15重量份硅藻土、8～15重量份沸 石和6～10重量份磁性物质混合后，加水配成重量浓度为8～10%的悬浮液;
(2)将5～7重量份壳聚糖加水配置为1～2%重量浓度的壳聚糖溶液，将 壳聚糖溶液加入到步骤(1)所得的悬浮液中，在45～55℃下搅拌4～5小时， 冷却至室温后，用水洗涤、抽滤、烘干、粉碎并过筛后得到粉末状物质;
(3)将3～5重量份聚丙烯酰胺加水配置为1～2%重量浓度的聚丙烯酰胺 溶液，将步骤(2)所得的粉末状物质加入到聚丙烯酰胺溶液中，在50～55℃下 搅拌4～5小时，冷却至室温后经离心分离、水洗涤、抽滤、真空干燥至恒重， 最后粉碎过筛后制得粉末状的复合水处理剂。
7.根据权利要求6所述的复合水处理剂的制备方法，其特征在于：步骤(2) 中，所述的烘干的温度为95℃;
步骤(3)中，所述的真空干燥的温度为55℃。
8.根据权利要求6所述的复合水处理剂的制备方法，其特征在于：步骤(2) 和步骤(3)中，所述的过筛为通过筛口为100目的筛子进行过筛;
步骤(3)中，所述的离心为通过1500r/min的转速进行离心。
9.根据权利要求1～5任一项所述的复合水处理剂在去除水中颗粒悬浮物、 重金属或有机污染物中的应用。
10.根据权利要求9所述的复合水处理剂作为吸附剂在反渗透膜系统的预 处理阶段中的应用。
说明书
一种复合水处理剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种复合水处理剂及其制备方法 与应用。
技术背景
目前，国内工业企业大多使用反渗透膜(RO)技术进行工艺废水回用处理， 但现有RO处理工艺普遍存在着容易堵塞、清洗频繁、污染物去除不彻底、产水 量低、工作压力高等缺点，主要原因之一是原水中电解质浓度较大，尽管常规 的投加无机混凝剂的预处理工艺能够去除部分重金属离子、有机物等污染物， 但并不能最大限度地降低水中电解质浓度，即不能有效地降低水中的电导率， 有研究表明：随电导率的增大结垢将越来越严重。因此，反渗透系统进水中的 电导率将对产水量产生影响。
吸附法是利用吸附剂对液体中某一组分具有选择吸附的能力，使其富集在 吸附剂表面，而从混合物中的分离的的过程。因此无需向水体中添加无机混凝 剂，如聚铝或聚铁等化学物质。因此与常规的混凝方法比较，吸附法可以避免 由于投加无机混凝剂所引起的水体中电解质浓度增加，从而最大限度地降低水 中电解质浓度。
尽管目前已经出现了单一种类天然矿物或者多种天然矿物的改性技术，例 如改性膨润土的制备、改性沸石吸附剂的制备、纳米磁铁矿/硅藻土复合物的制 备、磁性复合有机膨润土的制备等，但由于在选择矿物种类过程中未能全面地 考虑不同种类矿物具有不同的表面吸附作用、孔道过滤作用等特征，同时在改 性过程中也未能考虑如何协同去除有机污染物，目前所出现的吸附剂无法较全 面地去除水中的重金属离子、有机污染物，在水处理过程中存在功能单一、处 理效果差的问题。
无论是混凝法还是吸附法等，都还存在着处理后的沉淀物(或悬浮物)与 水体不能实现迅速分离的问题。
因此，研制一种能去除水中重金属离子和有机污染物、降低水中电解质浓 度同时实现快速固液分离的反渗透膜预处理方法，在水处理行业具有广阔的应 用前景。
发明内容
为克服现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种功能全面、 效果良好以及实现固液快速分离的复合水处理剂。
本发明的再一目的在于提供上述复合水处理剂的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述复合水处理剂的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种复合水处理剂，包含以下按重量份计的组分：
其中，
所述的钠基膨润土、硅藻土和沸石为天然矿物产品;
所述的钠基膨润土、硅藻土和沸石的颗粒粒度大小为150～200目;
所述的磁性物质为比磁化系数χ0>12.6×10-8m3/kg、粒度小于100μm的氧化 铁化合物;优选为气态为溶胶凝聚状、干态为棕红色粉末状的γ-Fe2O3;
所述的磁性物质优选通过采用磁场强度为1000～1500Gs的磁铁块从钢铁厂 所排放的烟尘中分离出。
所述的复合水处理剂的制备方法，包括以下具体步骤：
(1)将48～70重量份钠基膨润土、8～15重量份硅藻土、8～15重量份沸 石和6～10重量份磁性物质混合后，加水配成重量浓度为8～10%的悬浮液;
(2)将5～7重量份壳聚糖加水配置为1～2%重量浓度的壳聚糖溶液，将 壳聚糖溶液加入到步骤(1)所得的悬浮液中，在45～55℃下搅拌4～5小时， 冷却至室温后，用水洗涤、抽滤、烘干、粉碎并过筛后得到粉末状物质;
(3)将3～5重量份聚丙烯酰胺加水配置为1～2%重量浓度的聚丙烯酰胺 溶液，将步骤(2)所得的粉末状物质加入到聚丙烯酰胺溶液中，在50～55℃下 搅拌4～5小时，冷却至室温后经离心分离、水洗涤、抽滤、真空干燥至恒重， 最后粉碎过筛后制得粉末状的复合水处理剂;
其中，
步骤(2)中，所述的烘干的温度为95℃;
步骤(2)和步骤(3)中，所述的过筛为通过筛口为100目的筛子进行过 筛;
步骤(3)中，所述的真空干燥的温度为55℃;
步骤(3)中，所述的离心为通过1500r/min的转速进行离心。
所述的复合水处理剂在去除水中颗粒悬浮物、重金属或有机污染物中的应 用，特别是作为吸附剂在反渗透膜系统的预处理阶段中的应用。
本发明的原理：
本发明利用矿物材料具有吸附、离子交换、催化等多功能特性，优选采用 三种不同表面及孔径特征的天然矿物钠基膨润土、硅藻土以及沸石，并通过添 加的磁性物质、壳聚糖和聚丙烯酰胺对这三种天然矿物进行改性作用后，制备 出一种新型复合水处理剂，强化了吸附过程的物理吸附、吸附质的迁移扩散， 从而加快吸附平衡速度，吸附性能得到明显提高;本发明对有机污染物和重金 属的吸附性能显著提高，对苯酚有显著的吸附作用，能有效的降低水中电解质 浓度，克服传统矿物在水处理过程中功能单一、处理效果差的问题，无论是在 吸附质的种类和吸附量上均体现了与使用单一组分或各组分叠加功能上的显著 差别。
此外，本发明添加的磁性物质为通过采用磁场强度为1000～1500Gs的磁铁 块从钢铁厂所排放的烟尘中分离出磁性物质，在复合水处理剂的应用时，该磁 性物质还能起到强化吸附、赋予沉淀物磁性特征的作用，当利用外磁场对该磁 性物质作用时就能实现沉淀物(或悬浮物)与水体的快速分离，使本发明在去 除水中颗粒悬浮物和有机污染物方面，特别是作为吸附剂在反渗透膜系统的预 处理阶段中的应用方面具有广阔的应用前景。
本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：
(1)本发明的复合水处理剂的制备方法简单，材料来源广泛。
(2)本发明的复合水处理剂能够去除水中的重金属离子和有机污染物的同 时，还能起到降低水中电解质浓度，此外，还能借助于磁滤法进行快速地固液 分离的作用，该材料可作为反渗透系统的预处理工艺，有助于提高反渗透系统 的产水率，降低反渗透系统的工作压力。
(3)本发明可在水处理行业进行推广，有显著的实用价值和广阔的市场前 景。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方 式不限于此。
实施例1
通过采用磁场强度为1000～1500Gs的磁铁块从钢铁厂所排放的烟尘中分离 出磁性物质，所分离得到的磁性物质在烟尘气态时为溶胶凝聚状，干态时为棕 红色粉末状，采用筛分法制得粒度小于100μm，比磁化系数x0>12.6×10-8m3/kg 的磁性微粒;经过x射线衍射法分析，其中含有主要的活性成分为γ-F2O3，采 用化学分析法对磁性微粒进行化析，Fe2O3的含量(wt%)为95.3%～98.6%。
选取颗粒大小为150～200目的提纯过的钠基膨润土、硅藻土和沸石天然矿 物产品备用。
实施例2
(1)分别称取实施例1中的35g钠基膨润土、4g硅藻土、4g沸石和3g磁 性物质置于2000ml锥形瓶中，加水配成重量浓度为8%的悬浮液，搅拌均匀。
(2)取250ml重量浓度为1%的壳聚糖溶液加入步骤(1)所得的悬浮液中， 在45℃下搅拌5小时，然后经抽滤、采用水洗涤、95℃烘干后粉碎并过100目 筛后得到粉末状物质。
(3)取48.5g步骤(2)所得粉末状物质投加到150ml重量浓度为1%的聚 丙烯酰胺溶液中，在50℃下继续搅拌4小时，然后经1500r/min的速度离心分 离、水洗涤、抽滤及55℃真空干燥至恒重，最后粉碎过100目筛制得粉末状复 合水处理剂1。
(4)取1g步骤(3)所得粉末状的复合水处理剂1加入到电导率为3830μs/cm 的500ml的Pb2+浓度为20mg/L以及苯酚浓度为20mg/L的溶液中，将溶液的 pH调至6。将溶液置于25±1℃恒温振荡器上振荡24小时，振荡速率200rpm。 采用原子吸收分光光度法测定Pb2+的浓度，采用4-氨基安替比林分光光度法测 定苯酚浓度，采用电导率仪测定水体中的电导率，处理后Pb2+浓度为1.56mg/L， 苯酚浓度为7.16mg/L，该复合水处理剂对Pb2+的去除率为92.2%，吸附容量为 9.22mg/g，对苯酚的去除率为64.2%，吸附容量为6.42mg/g，电导率为180μs/cm， 下降95.3%。
实施例3
(1)分别称取实施例1中的24g钠基膨润土、7.5g硅藻土、7.5g沸石和5g 磁性物质置于2000ml锥形瓶中，加水配成重量浓度为9%的悬浮液，搅拌均匀。
(2)取175ml重量浓度为2%的壳聚糖溶液加入步骤(1)所得的悬浮液中， 在55℃下搅拌5小时，然后经抽滤、采用水洗涤、95℃烘干和粉碎过100目筛 后得到粉末状物质。
(3)取47.5g步骤(2)所得粉末状物质投加到250ml重量浓度为1%的聚 丙烯酰胺溶液中，在55℃下继续搅拌5小时，然后经离心分离、洗涤、抽滤及 55℃真空干燥至恒重，最后粉碎过100目筛制得粉末状的复合水处理剂2。
(4)取1g步骤(3)所得粉末状的复合水处理剂2加入到电导率为3830μs/cm 的500ml的Pb2+浓度为20mg/L以及苯酚浓度为20mg/L的溶液中，将溶液的 pH调至5。将溶液置于25±1℃恒温振荡器上振荡24小时，振荡速率200rpm。 采用原子吸收分光光度法测定Pb2+的浓度，采用4-氨基安替比林分光光度法测 定苯酚浓度，采用电导率仪测定水体中的电导率，处理后Pb2+浓度为1.75mg/L， 苯酚浓度为7.54mg/L，该复合水处理剂对Pb2+的去除率为91.3%，吸附容量为 9.13mg/g，对苯酚的去除率为62.3%，吸附容量为6.23mg/g，电导率为185μs/cm， 下降95.2%。
实施例4
(1)分别称取实施例1中的30g钠基膨润土、5g硅藻土、6g沸石和4g磁 性物质置于2000ml锥形瓶中，加水配成重量浓度为10%的悬浮液，搅拌均匀。
(2)取300ml重量浓度为1%的壳聚糖溶液加入步骤(1)所得的悬浮液中， 在55℃下搅拌5小时，然后经抽滤、采用水洗涤、95℃烘干和粉碎过100目筛 后得到粉末状物质。
(3)取48g步骤(2)所得粉末状物质投加到200ml重量浓度为1%的聚丙 烯酰胺溶液中，在50℃下继续搅拌4小时，然后经离心分离、洗涤、抽滤及55℃ 真空干燥至恒重，最后粉碎过100目筛制得粉末状的复合水处理剂3。
(4)取1g步骤(3)所得粉末状的复合水处理剂3加入到电导率为3830μs/cm 的500ml的Pb2+浓度为20mg/L以及苯酚浓度为20mg/L的溶液中，将溶液的 pH调至7。将溶液置于25±1℃恒温振荡器上振荡24小时，振荡速率200rpm。 采用原子吸收分光光度法测定Pb2+的浓度，采用4-氨基安替比林分光光度法测 定苯酚浓度，采用电导率仪测定水体中的电导率，处理后Pb2+浓度为1.23mg/L， 苯酚浓度为7.21mg/L，该复合水处理剂对Pb2+的去除率为93.9%，吸附容量为 9.39mg/g，对苯酚的去除率为64.0%，吸附容量为6.40mg/g，电导率为178μs/cm， 下降95.4%。
对比实施例
(1)分别称取实施例1中的60g钠基膨润土、10g硅藻土、12g沸石、8g 磁性物质、6g壳聚糖和4g聚丙烯酰胺进行混合后得到混合物。
(2)将取1g步骤(1)所得的混合物加入到电导率为3830μs/cm的500ml Pb2+浓度为20mg/L苯酚浓度为20mg/L的溶液中。将溶液的pH调至7，将溶 液置于25±1℃恒温振荡器上振荡24小时，振荡速率200rpm。采用原子吸收分 光光度法测定Pb2+的浓度，采用4-氨基安替比林分光光度法测定苯酚浓度，采 用电导率仪测定水体中的电导率。其中，处理后的溶液Pb2+浓度为7.92mg/L， 该复合水处理剂对Pb2+的去除率为60.4%，吸附容量为6.04mg/g;处理后的溶液 苯酚浓度为11.73mg/L，该处理剂对苯酚的去除率为41.4%，吸附容量为 4.14mg/g，电导率为523μs/cm，下降了86.3%。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实 施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、 替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。