申请日2018.04.13
公开(公告)日2018.08.28
IPC分类号B01J20/24; B01J20/30; C02F1/28; C02F101/20
摘要
本发明提供一种用于污水处理的吸附剂，其按照重量百分比的组成为：胡敏素60～65%，纳米活性炭纤维30～35%，黏合剂3～6%。制备方法包括：将泥炭土和0.2mol/L的柠檬酸钠溶液按照质量比为1:8.7混合制备粗胡敏素：将粗胡敏素精制得到胡敏素纯品;将纳米活性炭纤维制成粒径为80～100mm的纳米活性炭纤维颗粒纯品;将胡敏素、纳米活性炭纤维颗粒、黏合剂配料后混合制备即得。该吸附剂的应用方法包括：将吸附剂应用于接触吸附床、固定床、移动床或者流化床;吸附剂再生以及吸附剂循环利用。本发明的吸附剂具有吸附容量大、吸附效果好的优点，且可再生，再生后可稳定运行6～10年，运转稳定，管理方便，出水水质良好。
权利要求书
1.一种用于污水处理的吸附剂，其特征在于，按照重量百分比的组成为：胡敏素60～65%，纳米活性炭纤维30～35%，黏合剂3～6%。
2.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的吸附剂，其特征在于，所述纳米活性炭纤维的孔径为50～100nm。
3.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的吸附剂，其特征在于，所述吸附剂的比表面积为1500～2300m2/g，吸附容量为2～3mmol/g。
4.权利要求1所述的一种用于污水处理的吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将泥炭土和0.2mol/L的柠檬酸钠溶液按照质量比为1:8.7混合制备粗胡敏素：
(2)将粗胡敏素精制得到胡敏素纯品;
(3)将纳米活性炭纤维制成粒径为80～100mm的纳米活性炭纤维颗粒纯品;
(4)将胡敏素、纳米活性炭纤维颗粒、黏合剂按照重量百分比为：胡敏素60～65%，纳米活性炭纤维30～35%，黏合剂3～6%配料，混合制备用于污水处理的吸附剂。
5.根据权利要求4所述的一种用于污水处理的吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)制备粗胡敏素的具体方法为：将泥炭土破碎过筛取0.25～0.35mm粒级，将泥炭土和柠檬酸钠溶液混合后震荡3～5h，静置分离，取上清液;将上清液于4000～6000r/min离心20～30min，取离心后的沉淀于55～65℃烘干2～3h得到粗胡敏素。
6.根据权利要求4所述的一种用于污水处理的吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)粗胡敏素精制的具体方法为：将粗胡敏素和质量浓度为40%的草酸溶液按照质量比为1：(2～3)混合，于38～42℃搅拌1～2h后过滤，滤饼于120～150℃干燥6～8h;将干燥后的产物在氮气保护下，以10℃/min的速度升温到580～620℃，并保温1～2h，得到胡敏素纯品。
7.根据权利要求4所述的一种用于污水处理的吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)将纳米活性炭纤维制成粒径为80～100mm的纳米活性炭纤维颗粒纯品的具体方法为：将纳米活性炭纤维先制成粒径为80～100mm的颗粒粗品，然后浸没在0.1mol/L的氢氧化钠溶液中，震荡1～2h后取出，再浸没在0.1mol/L的盐酸溶液中，震荡1～2h后取出，用去离子水清洗至颗粒表面pH值呈中性得到颗粒纯品。
8.根据权利要求4所述的一种用于污水处理的吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)混合制备用于污水处理的吸附剂的具体方法为：将胡敏素和黏合剂于常温下混合搅拌0.4～0.6h，然后加入纳米活性炭纤维颗粒纯品，于常温下继续搅拌1～2h;取出固体颗粒，于室温下干燥2～3h后，于360～380℃干燥0.5～1h，然后再在室温下放置24～30h。
9.根据权利要求4或8所述的一种用于污水处理的吸附剂的制备方法，其特征在于，所述黏合剂为碳粉和30%PTFE溶液按照质量比为2:1的混合物。
10.权利要求1所述的一种用于污水处理的吸附剂的应用方法，其特征在于，包括：将吸附剂应用于接触吸附床、固定床、移动床或者流化床;吸附剂再生以及吸附剂循环利用。
说明书
一种用于污水处理的吸附剂
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种用于污水处理的吸附剂。
背景技术
吸附法在废水处理中主要用于脱除水中的微量污染物，包括脱色、除臭、去除重金属、去除溶解性有机物、去除放射性物质等。在处理流程中，吸附法可作为离子交换、膜分离等方法的预处理手段，以去除有机物、胶体物及余氯等;也可以作为二级处理后的深度处理手段，以满足再生水水质要求。吸附过程可有效吸附浓度很低的物质，具有出水水质好、运行稳定等优点。
吸附的基本原理是一种附着在另一种物质表面上的过程，具有多孔性质的固体物质与气体或液体接触时，气体或液体中的一种或几种组分会吸附到固体表面上。其中，具有吸附功能的固体物质称为吸附剂，气相或液相中被吸附物质称为吸附质。
吸附剂对吸附质的吸附，根据吸附力的不同，可以分为三种类型：物理吸附、化学吸附和交换吸附。在实际的吸附过程中，上述几类吸附往往同时存在。吸附剂的种类很多，目前常用的有活性炭和腐殖酸类吸附剂。
活性炭是水处理中应用较多的一种吸附剂。活性炭的种类很多，在废水处理中常用的是粉状活性炭和粒状活性炭。粉状活性炭吸附能力强，制备容易，价格较低，但再生困难，一般不能重复使用，并且粉状活性炭对污染负荷变动的适应性差，吸附能力未被充分利用，控制不佳时有穿透滤池现象，污泥处理困难，作业环境恶劣，大多采用一次使用后废弃，所以处理费用较贵。粒状活性炭价格较贵，再生后可重复使用，但吸附效率较低，需定期投炭，整池排炭，并且基建、设备投资较高，占地面积也大。
用作吸附剂的腐殖酸类物质主要有天然的富含腐殖酸的风化煤、泥煤、褐煤等，它们可以直接使用或经简单处理后使用;比如将这些富含腐殖酸的物质用适当的黏合剂制备成腐植酸系树脂。腐殖酸类物质能吸附工业废水中的许多金属离子，如汞、铬、锌、镉、铅、铜等。腐殖酸类物质在吸附重金属离子后可以用硫酸、盐酸、氯化钠等进行解吸。但腐殖酸类吸附剂存在吸附容量不高，适用的pH值范围较窄，机械强度低等问题，目前应用较少。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于污水处理的吸附剂，将胡敏素与纳米活性炭有机地结合在一起，利用胡敏素提高纳米活性炭的吸附能力，特别是对重金属离子的吸附，同时利用纳米活性炭提高吸附剂的机械强度。本发明具有吸附效果好，可再生重复利用等优点，在大幅度提高吸附效率的同时降低了基建投资及运行费用。
本发明的技术方案为：
第一个方面，本发明提供一种用于污水处理的吸附剂，按照重量百分比的组成为：胡敏素60～65%，纳米活性炭纤维30～35%，黏合剂3～6%。
进一步地，所述纳米活性炭纤维的孔径为50～100nm。
进一步地，所述吸附剂的比表面积为1500～2300m2/g，吸附容量为2～3mmol/g。
第二个方面，本发明提供一种用于污水处理的吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将泥炭土和0.2mol/L的柠檬酸钠溶液按照质量比为1:8.7混合制备粗胡敏素;
(2)将粗胡敏素精制得到胡敏素纯品;
(3)将纳米活性炭纤维制成粒径为80～100mm的纳米活性炭纤维颗粒纯品;
(4)将胡敏素、纳米活性炭纤维颗粒、黏合剂按照重量百分比为：胡敏素60～65%，纳米活性炭纤维30～35%，黏合剂3～6%配料，混合制备用于污水处理的吸附剂。
进一步地，所述步骤(1)制备粗胡敏素的具体方法为：将泥炭土破碎过筛取0.25～0.35mm粒级，将泥炭土和柠檬酸钠溶液混合后震荡3～5h，静置分离，取上清液;将上清液于4000～6000r/min离心20～30min，取离心后的沉淀于55～65℃烘干2～3h得到粗胡敏素。
进一步地，所述步骤(2)粗胡敏素精制的具体方法为：将粗胡敏素和质量浓度为40%的草酸溶液按照质量比为1：(2～3)混合，于38～42℃搅拌1～2h后过滤，滤饼于120～150℃干燥6～8h;将干燥后的产物在氮气保护下，以10℃/min的速度升温到580～620℃，并保温1～2h，得到胡敏素纯品。
进一步地，所述步骤(3)将纳米活性炭纤维制成粒径为80～100mm的纳米活性炭纤维颗粒纯品的具体方法为：将纳米活性炭纤维先制成粒径为80～100mm的颗粒粗品，然后浸没在0.1mol/L的氢氧化钠溶液中，震荡1～2h后取出，再浸没在0.1mol/L的盐酸溶液中，震荡1～2h后取出，用去离子水清洗至颗粒表面pH值呈中性得到颗粒纯品。
进一步地，所述步骤(4)混合制备用于污水处理的吸附剂的具体方法为：将胡敏素和黏合剂于常温下混合搅拌0.4～0.6h，然后加入纳米活性炭纤维颗粒纯品，于常温下继续搅拌1～2h;取出固体颗粒，于室温下干燥2～3h后，于360～380℃干燥0.5～1h，然后再在室温下放置24～30h。
进一步地，所述黏合剂为碳粉和30%PTFE溶液按照质量比为2:1的混合物。
第三个方面，本发明提供一种用于污水处理的吸附剂的应用方法，包括：将吸附剂应用于接触吸附床、固定床、移动床或者流化床;吸附剂再生以及吸附剂循环利用。
进一步地，所述将吸附剂应用于接触吸附床或者固定床时，设计参数如下：
a)吸附剂填充层高度：3～8m;
b)接触时间：10～30min;
c)容积速度：3～5m3/(h·m3);
d)线速度：4～15m/h;
进一步地，所述将吸附剂应用于移动床或者流化床时，设计参数如下：
a)吸附剂填充层高度：2～8m;
b)接触时间：10～30min;
c)容积速度：6～9m3/(h·m3);
d)线速度：15～40m/h;
进一步地，所述吸附剂再生的具体步骤包括：
a)将吸附剂回收后升温至100～150℃，保温2～3h;
b)将吸附剂浸没在质量浓度为40%的甲醇溶液中，搅拌1～2h后取出;
c)将吸附剂升温至400～450℃，保温0.5～1h;
d)将吸附剂常温干燥24～48h。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的吸附剂具有吸附容量大、吸附效果好的优点，吸附剂比表面积为1500～2300m2/g，吸附容量为2～3mmol/g;
(2)本发明的吸附剂适用于接触吸附床、固定床、移动床和流动床，对已建工程进行提标改造时，可利用原有设备，基建及设备投资较少，不增加建筑面积;
(3)本发明的制备流程短、原材料广泛、价格低廉;
(4)本发明的吸附剂可再生，再生后可稳定运行6～10年，运转稳定，管理方便，出水水质良好。