申请日2007.09.06
公开(公告)日2008.05.28
IPC分类号C02F1/28; B01J20/14
摘要
本发明公开一种循环使用的金属/硅藻土废水处理剂，由以下重量百分比的原料配制而成：金属元素：2-10%，硅藻土：90-98%，以及该循环使用的金属/硅藻土废水处理剂的加工工艺。本发明利用了硅藻土的低温吸附和活性金属的高温氧化分解污染物的性能有机的结合起来，制备出担载型的可循环利用金属/硅藻土废水处理剂，与纯硅藻土吸附剂相比较，金属/硅藻土具有吸附能力高，可循环多次使用，吸附能力保持在初次饱和吸附量的80%以上，节约资源，成本降低，符合可持续发展的社会需要的特点。
权利要求书
1.一种循环使用的金属/硅藻土废水处理剂，其特征在于由以下 重量百分比的原料配制而成：
金属元素：2-10%;
硅藻土：90-98%。
2.如权利要求1所述的循环使用的金属/硅藻土废水处理剂，其 特征在于：所述的金属元素采用过渡金属元素Fe、Cu、Zn和Ni的硝 酸盐化合物为原料，即Fe(NO3)3·9H2O、Cu(NO3)2·3H2O、Zn(NO3)2 ·6H2O、Ni(NO3)2·6H2O中的一种为原料。
3.一种如权利要求1所述的循环使用的金属/硅藻土废水处理剂 的加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将硅藻土原料进行预处理，粉碎，过筛，选择一定粒径， 20-60目的硅藻土置于马弗炉中500℃焙烧2小时;
(2)金属/硅藻土水处理剂的制备，采用等体积浸渍法，将硝酸 盐化合物溶解在蒸馏水中配置成溶液，然后加入预处理后的20-60 目硅藻土，使硅藻土正好完全吸附掉硝酸盐化合物溶液，室温下放置 2小时，然后80℃下烘干12小时，然后再在150-300℃下焙烧2小 时，即得担载后的金属/硅藻土废水处理剂;
(3)金属/硅藻土水处理剂再生，将使用后的金属/硅藻土废水 处理剂回收，然后在150-300℃空气下再生1小时，使吸附在硅藻土 表面的污染物被催化氧化分解，金属/硅藻土废水处理剂得到再生， 继续重复使用。
说明书
循环使用的金属/硅藻土废水处理剂及其加工工艺
技术领域
本发明涉及一种循环使用的金属/硅藻土废水处理剂及其加工工 艺，属于化工技术领域。
背景技术
硅藻土是一种硅质沉积岩，主要成分为二氧化硅，其次含有一定 量的Al2O3、Fe2O3、CaO等金属氧化物。硅藻土具有多孔结构、密度低、 比表面积大、吸附性强、化学稳定性高、无毒无味、隔热、隔音等优 点，工业上主要用作过滤剂、填料、保温材料等。中国硅藻土资源丰 富，有储量矿石3.85亿吨，仅次于美国，居世界第2位。早在1915 年就有人利用硅藻土的吸附性能将硅藻土作为水处理剂用于小型水 处理装置。多年来对硅藻土的研究基本都集中在吸附性能的改善上， 即通过对硅藻土进行改性而增加其吸附能力，但是对于硅藻土吸附处 理废水后废渣的处理和回收利用研究不多，硅藻土往往一次利用后就 废弃。硅藻土由于比表面积有限，即使经过改性吸附容量也较低，同 时硅藻土虽然价廉，但是属于不可再生资源，一次使用后就废弃，一 则浪费资源，二则成本也较高，不符合可持续发展的社会需要。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种循环使用的金属/硅藻土废水处理 剂，本发明具有吸附能力高，可循环多次使用，吸附能力保持在初次 饱和吸附量的80%以上，节约资源，成本降低，符合可持续发展的 社会需要的特点。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种循环使用的金属/硅藻土废水处理剂，由以下重量百分比的 原料配制而成：
金属元素：2-10%;
硅藻土：90-98%。
所述的金属元素采用过渡金属元素Fe、Cu、Zn和Ni的硝酸盐化 合物(Fe(NO3)3·9H2O、Cu(NO3)2·3H2O、Zn(NO3)2·6H2O、Ni(NO3)2 ·6H2O)中的一种为原料。可以根据污染物性质的不同，选择不同的 金属组分。
所述的一种循环使用的金属/硅藻土废水处理剂的加工工艺，包 括如下步骤：
(1)将硅藻土原料进行预处理，粉碎，过筛，选择一定粒径， 20-60目的硅藻土置于马弗炉中500℃焙烧2小时，除去其中易挥发 成分;
(2)金属/硅藻土水处理剂的制备，采用等体积浸渍法，将硝酸 盐化合物溶解在蒸馏水中配置成溶液，然后加入预处理后的20-60 目硅藻土，使硅藻土正好完全吸附掉硝酸盐化合物溶液，室温下放置 2小时，然后80℃下烘干12小时，然后再在180-300℃下焙烧2小 时，不同金属/硅藻土焙烧温度不同，即得担载后的金属/硅藻土废水 处理剂;
(3)金属/硅藻土水处理剂再生，将使用后的金属/硅藻土废水 处理剂回收，然后在150-300℃空气气氛下再生1小时，即在150-300 ℃空气下暴露1小时，不同金属/硅藻土再生温度不同，使吸附在硅 藻土表面的污染物被催化氧化分解，金属/硅藻土废水处理剂得到再 生，继续重复使用。
本发明的有益效果为：硅藻土具有吸附作用，但不具备分解污染 物的能力;而金属，尤其是过渡金属元素在一定条件下具有良好的催 化氧化活性。本发明就是利用了硅藻土的低温吸附和活性金属的高温 氧化分解污染物的性能有机的结合起来，制备出担载型的可循环利用 金属/硅藻土废水处理剂，与纯硅藻土吸附剂相比较，金属/硅藻土废 水处理剂的吸附能力有较大幅度提高，更为重要的是金属/硅藻土废 水处理剂可以循环多次使用，吸附能力保持在初次饱和吸附量的80 %以上，节约资源，成本降低，符合可持续发展的社会需要。
具体实施方式
实施例1
制备2%Fe/硅藻土水处理剂，首先将硅藻土原料进行预处理，粉 碎，过筛，选择一定粒径，20-60目的硅藻土置于马弗炉中500℃焙 烧2小时，除去其中易挥发成分;然后采用等体积浸渍法，称取5g 预处理后的20-60目硅藻土，测定硅藻土的饱和吸附量为5g硅藻土 需要7-8mL蒸馏水，所需的Fe元素的量就为：5*2%=0.1g，由此得 Fe(NO3)3·9H2O的量为：(Fe(NO3)3·9H2O分子量/Fe分子量)* 所需的Fe元素的量=404/56*0.1=0.72g，将0.72g Fe(NO3)3·9H2O 溶解在7.0mL蒸馏水中配制成溶液，然后在配制成的溶液中加入5g 预处理后的硅藻土，使硅藻土正好完全吸附掉Fe(NO3)3·9H2O溶液， 室温下放置2小时，然后80℃下烘干12小时，然后再在200℃下焙 烧2小时，即得担载后的金属/硅藻土废水处理剂。
称取1.0g 2%Fe/硅藻土废水处理剂，置于250mL锥形瓶中，然后 加入100mL，60mg/L对苯二甲酸溶液(分子式：C8H6O4，分子量： 166.13，是仿真丝绸生产过程中一种主要的污染物，难以生物降解)， 室温下静置8小时后取样，用紫外分光光度法分析，测定结果如表1 所示。
处理污染物后的2%Fe/硅藻土废水处理剂，先将溶液滤去，回收 2%Fe/硅藻土。将2%Fe/硅藻土在250℃空气下再生1小时，使吸附的 对苯二甲酸被催化氧化分解。2%Fe/硅藻土得到再生，继续循环使用。
实施例2
制备5%Fe/硅藻土水处理剂，首先将硅藻土原料进行预处理，粉 碎，过筛，选择一定粒径，20-60目的硅藻土置于马弗炉中500℃焙 烧2小时，除去其中易挥发成分;然后采用等体积浸渍法，称取5g 预处理后的20-60目硅藻土，测定硅藻土的饱和吸附量为5g硅藻土 需要7-8mL蒸馏水，所需的Fe元素的量就为：5*5%=0.25g，由此得 Fe(NO3)3·9H2O的量为：(Fe(NO3)3·9H2O分子量/Fe分子量)* 所需的Fe元素的量=404/56*0.25=1.80g，将1.80g Fe(NO3)3·9H2O 溶解在7.2mL蒸馏水中配制成溶液，然后在配制成的溶液中加入5g 预处理后的硅藻土，使硅藻土正好完全吸附掉Fe(NO3)3·9H2O溶液， 室温下放置2小时，然后80℃下烘干12小时，然后再在200℃下焙 烧2小时，即得担载后的金属/硅藻土废水处理剂。
称取1.0g 5%Fe/硅藻土废水处理剂，置于250mL锥形瓶中，然后 加入100mL，60mg/L对苯二甲酸溶液(分子式：C8H6O4，分子量： 166.13，是仿真丝绸生产过程中一种主要的污染物，难以生物降解)， 室温下静置8小时后取样，用紫外分光光度法分析，测定结果如表1 所示。
处理污染物后的5%Fe/硅藻土废水处理剂，先将溶液滤去，回收 5%Fe/硅藻土。将5%Fe/硅藻土在250℃空气下再生1小时，使吸附的 对苯二甲酸被催化氧化分解。5%Fe/硅藻土得到再生，继续循环使用。 将使用后回收的单一硅藻土和5%Fe/硅藻土循环使用六次的结果如表 3所示。由表3可知，单一硅藻土基本无法循环使用，而5%Fe/硅藻 土循环使用六次后吸附量仍然高达0.21mg/g，大约为第一次吸附量 的80%。
实施例3
制备8%Fe/硅藻土水处理剂，首先将硅藻土原料进行预处理，粉 碎，过筛，选择一定粒径，20-60目的硅藻土置于马弗炉中500℃焙 烧2小时，除去其中易挥发成分;然后采用等体积浸渍法，称取5g 预处理后的20-60目硅藻土，测定硅藻土的饱和吸附量为5g硅藻土 需要7-8mL蒸馏水，所需的Fe元素的量就为：5*8%=0.40g，由此得 Fe(NO3)3·9H2O的量为：(Fe(NO3)3·9H2O分子量/Fe分子量)* 所需的Fe元素的量=404/56*0.40=2.89g，将2.89g Fe(NO3)3·9H2O 溶解在7.8mL蒸馏水中配制成溶液，然后在配制成的溶液中加入5g 预处理后的硅藻土，使硅藻土正好完全吸附掉Fe(NO3)3·9H2O溶液， 室温下放置2小时，然后80℃下烘干12小时，然后再在200℃下焙 烧2小时，即得担载后的金属/硅藻土废水处理剂。
称取1.0g 8%Fe/硅藻土废水处理剂，置于250mL锥形瓶中，然后 加入100mL，60mg/L对苯二甲酸溶液(分子式：C8H6O4，分子量： 166.13，是仿真丝绸生产过程中一种主要的污染物，难以生物降解)， 室温下静置8小时后取样，用紫外分光光度法分析，测定结果如表1 所示。
处理污染物后的8%Fe/硅藻土废水处理剂，先将溶液滤去，回收 8%Fe/硅藻土。将8%Fe/硅藻土在250℃空气下再生1小时，使吸附的 对苯二甲酸被催化氧化分解。8%Fe/硅藻土得到再生，继续循环使用。
实施例4
制备10%Fe/硅藻土水处理剂，首先将硅藻土原料进行预处理， 粉碎，过筛，选择一定粒径，20-60目的硅藻土置于马弗炉中500℃ 焙烧2小时，除去其中易挥发成分;然后采用等体积浸渍法，称取 5g预处理后的20-60目硅藻土，测定硅藻土的饱和吸附量为5g硅 藻土需要7-8mL蒸馏水，所需的Fe元素的量就为：5*10%=0.50g，由 此得Fe(NO3)3·9H2O的量为：(Fe(NO3)3·9H2O分子量/Fe分子 量)*所需的Fe元素的量=404/56*0.50=3.61g，将3.61g Fe(NO3)3·9H2O 溶解在7.5mL蒸馏水中配制成溶液，然后在配制成的溶液中加入5g 预处理后的硅藻土，使硅藻土正好完全吸附掉Fe(NO3)3·9H2O溶液， 室温下放置2小时，然后80℃下烘干12小时，然后再在200℃下焙 烧2小时，即得担载后的金属/硅藻土废水处理剂。
称取1.0g 10%Fe/硅藻土废水处理剂，置于250mL锥形瓶中，然 后加入100mL，60mg/L对苯二甲酸溶液(分子式：C8H6O4，分子量： 166.13，是仿真丝绸生产过程中一种主要的污染物，难以生物降解)， 室温下静置8小时后取样，用紫外分光光度法分析，测定结果如表1 所示。
处理污染物后的10%Fe/硅藻土废水处理剂，先将溶液滤去，回 收10%Fe/硅藻土。将10%Fe/硅藻土在250℃空气下再生1小时，使 吸附的对苯二甲酸被催化氧化分解。10%Fe/硅藻土得到再生，继续循 环使用。
将实施例1-4用紫外分光光度法所分析的数据，与用单一硅藻土 吸附剂所得数据进行比较，如表1所示，由表1可知，担载活性金属 组分后的硅藻土吸附能力明显高于纯的硅藻土，如5%Fe/硅藻土对对 苯二甲酸的吸附量是单一硅藻土的2.5倍。在这里吸附量定义为单位 质量水处理剂上所吸附的污染物的质量，单位为mg/g。
实施例5
制备3%Cu/硅藻土水处理剂，首先将硅藻土原料进行预处理，粉 碎，过筛，选择一定粒径，20-60目的硅藻土置于马弗炉中500℃焙 烧2小时，除去其中易挥发成分;然后采用等体积浸渍法，称取5g 预处理后的20-60目硅藻土，测定硅藻土的饱和吸附量为5g硅藻土 需要7-8mL蒸馏水，所需的Cu元素的量就为：5*3%=0.15g，由此得 Cu(NO3)2·3H2O的量为：(Cu(NO3)2·3H2O分子量/Cu分子量)* 所需的Fe元素的量=242/64*0.15=0.57g，将0.57g Cu(NO3)2·3H2O 溶解在8mL蒸馏水中配制成溶液，然后在配制成的溶液中加入5g预 处理后的硅藻土，使硅藻土正好完全吸附掉Cu(NO3)2·3H2O溶液， 室温下放置2小时，然后80℃下烘干12小时，然后再在220℃下焙 烧2小时，即得担载后的金属/硅藻土废水处理剂。
称取1.0g 3%Cu/硅藻土废水处理剂，置于250mL锥形瓶中，然后 加入100mL，亮篮溶液(分子式：C37H34N2Na2O9S3，分子量：792.86， 为一种着色剂)，室温下静置8小时后取样，用紫外分光光度法分析， 测定结果如表2所示。
处理污染物后的Cu/硅藻土废水处理剂，先将溶液滤去，回收Cu/ 硅藻土。将Cu/硅藻土在260℃空气下再生1小时，使吸附的亮篮被 催化氧化分解。Cu/硅藻土得到再生，继续循环使用。
用上述方法分别制备3%Fe/硅藻土、3%Zn/硅藻土和3%Ni/硅藻土 各1.0g分别置于250mL锥形瓶中，加入100mg/L亮篮溶液(分子式： C37H34N2Na2O9S3，分子量：792.86，为一种着色剂)，室温下静置8小 时后取样用紫外分光光度法进行分析，测定结果如表2所示。
处理污染物后的Fe/硅藻土、Zn/硅藻土和Ni/硅藻土废水处理 剂，分别先将溶液滤去，回收金属/硅藻土。将金属/硅藻土在260℃ 空气下再生1小时，使吸附的亮篮被催化氧化分解。金属/硅藻土得 到再生，继续循环使用。
将实施例5用紫外分光光度法所分析的数据，与用单一硅藻土吸 附剂所得数据进行比较，如表2所示，由表2可知，如3%Cu/硅藻土 对亮篮的吸附量约是单一硅藻土的36倍，担载活性金属组分后的硅 藻土吸附能力远远高于单一硅藻土。