申请日2018.10.12
公开(公告)日2019.01.18
IPC分类号C02F1/52; C02F1/56; C02F101/30; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种秸秆/聚合氯化铝复合水处理材料及其制备方法，其是采用液相法，以粉煤灰为原料制备氯化铝粉末，再将氯化铝粉末与稻草秸秆复合，制得一种具有良好水处理效果的复合材料。本发明复合水处理材料采用工业废弃物粉煤灰和农业废弃物秸秆为原料，价格低廉，且在常温常压下即可制备;所得复合材料絮凝性能好，对废水具有良好的处理能力，不仅可发挥铝盐聚合物在水处理过程中的优势，又降低了铝盐聚合物处理废水后铝离子在水溶液中残留量，可最大程度地改善铝离子进入水环境引起的负面作用，解决了传统铝盐絮凝剂处理后的水铝离子浓度过高的问题，能有效避免因此对人体健康造成的危害，适用于废水规模化处理。
权利要求书
1.一种秸秆/聚合氯化铝复合水处理材料的制备方法，其特征在于：采用液相法，以粉煤灰为原料制备氯化铝粉末，再将其与稻草秸秆复合，制得所述复合水处理材料。
2.根据权利要求1所述秸秆/聚合氯化铝复合水处理材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将粉煤灰于10wt%~30wt%的盐酸溶液中浸泡5~8小时，然后加入20wt%~30wt%的氢氧化钠溶液调节pH为11~13，过滤，再在所得滤液中按体积比1:1加入10wt%~20wt%的盐酸溶液，在搅拌条件下于70~90℃反应1.5小时;反应结束后过滤分离，得到含氯化铝的滤液，再在所得滤液中加入碳酸钙粉，经搅拌、过滤，滤液干燥，得到聚合氯化铝粉末;
2)室温下，将稻草秸秆经水洗除土、烘干、粉碎后加入到5wt%~15wt%的氢氧化钠溶液中，快速搅拌均匀后再慢速搅拌24h，然后经离心、过滤、滤饼干燥，得到秸秆粉末;
3)将步骤1)所得聚合氯化铝粉末加水配成20wt%~30wt%的溶液，然后加入步骤2)所得秸秆粉末，在50~80℃水浴中搅拌6~8 h，至析出絮状物;
4)将步骤3)所得悬浊液过滤后，所得沉淀用乙醇洗涤3次，干燥，即得所述复合水处理材料。
3. 根据权利要求2所述秸秆/聚合氯化铝复合水处理材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中碳酸钙粉的用量按每克粉煤灰加入0.3~0.4 g。
4. 根据权利要求2所述秸秆/聚合氯化铝复合水处理材料的制备方法，其特征在于：步骤2)中快速搅拌的转速为200~250 r/min，慢速搅拌的转速为120~150 r/min。
5.根据权利要求2所述秸秆/聚合氯化铝复合水处理材料的制备方法，其特征在于：步骤3)中所用聚合氯化铝粉末与秸秆粉末的重量比为1:2。
6.一种如权利要求1所述方法制得的秸秆/聚合氯化铝复合水处理材料。
说明书
一种秸秆/聚合氯化铝复合水处理材料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种秸秆/聚合氯化铝复合水处理材料及其制备方法。
背景技术
秸秆来自于农业废弃物，是自然界中的一种可再生资源，其富含纤维素、半纤维素和木质素，且其分子链上分布有大量的羟基等活性基团，可作为一种价格低廉的有机高分子，且对水体中的污染物质具有良好的絮凝及络合吸附作用。
粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。这些氧化物中Al2O3含量最高，达到了60%左右，而Al2O3是生产聚合铝盐的原料，聚合氯化铝作为传统的絮凝剂，具有良好的絮凝性能，近年来在污染物絮凝去除方面显示出良好的应用前景。但单一聚合氯化铝絮凝剂在处理水体过程中，常常会使溶液当中铝离子浓度升高，而水中铝离子浓度过高会引发老年痴呆症等人类健康问题。
本发明基于秸秆和粉煤灰的优良结构成分，以其为原料经液相法制备出一种秸秆与聚合氯化铝的复合水处理材料，其既可利用秸秆良好的吸附絮凝性，又可强化铝盐的絮凝效果，增加聚合铝盐与有机污染物的接触，提高其水处理的效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种秸秆/聚合氯化铝复合水处理材料及其制备方法，其以低廉易得的秸秆和工业废弃物粉煤灰为原料制备出的复合水处理材料，对水中染料等有机污染物具有良好的絮凝效果，适用于废水规模化处理。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种秸秆/聚合氯化铝复合水处理材料，其是采用液相法，以粉煤灰为原料制备氯化铝粉末，再将氯化铝粉末与稻草秸秆复合，制得所述复合水处理材料。
所述秸秆/聚合氯化铝复合水处理材料的制备方法包括如下步骤：
1)按3mL/g的量将粉煤灰于10wt%~30wt%的盐酸溶液中浸泡5~8小时，然后加入20wt%~30wt%的氢氧化钠溶液调节pH为11~13，过滤，再在所得滤液中按体积比1:1加入10wt%~20wt%的盐酸溶液，在搅拌条件下于70~90℃反应1.5小时;反应结束后过滤分离，得到含氯化铝的滤液，再在所得滤液中加入碳酸钙粉调节盐基度，经搅拌、过滤，滤液干燥，得到聚合氯化铝粉末;
2)室温下，将稻草秸秆经水洗除土、烘干、粉碎后加入到5wt%~15wt%的氢氧化钠溶液中，快速搅拌均匀后再慢速搅拌24h，然后经离心、过滤、滤饼干燥，得到秸秆粉末;
3)将步骤1)所得聚合氯化铝粉末加水配成20wt%~30wt%的溶液，然后加入步骤2)所得秸秆粉末，在50~80℃水浴中搅拌6~8 h，至析出絮状物;
4)将步骤3)所得悬浊液过滤后，所得沉淀用乙醇洗涤3次，干燥，即得所述复合水处理材料。
步骤1)中碳酸钙粉的用量按每克粉煤灰加入0.3~0.4 g。
步骤2)中快速搅拌的转速为200~250 r/min，慢速搅拌的转速为120~150 r/min。
步骤3)中所用聚合氯化铝粉末与秸秆粉末的重量比为1:2。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
(1)本发明基于粉煤灰富含氯化铝的特性，利用液相法，将工业废弃物粉煤灰经处理制成聚合氯化铝，再将秸秆分散到聚合氯化铝水溶液中，通过物理和化学吸附作用，使有机高分子秸秆渗入到无机高分子聚合氯化铝中，并使秸秆上羟基与聚合氯化铝中的羟基通过氢键结合在一起，从而形成新型的有机无机高分子复合水处理材料。该复合水处理材料具有较高比表面积和良好的吸附絮凝能力，对废水中重金属离子和染料等无机有机污染物有较好的吸附絮凝效果，适用于废水规模化处理。
(2)本发明复合水处理材料既保持了聚合氯化铝的絮凝性能，又可降低铝盐聚合物处理废水后铝离子在水中的残留量，最大程度地改善了铝离子进入环境引起的负面作用，解决了传统铝盐絮凝剂处理后的水铝离子浓度过高的问题，可有效避免因此对人体健康造成的危害。
(3)本发明制备方法中以质量体积浓度为5~15%的NaOH溶液作为溶剂，一方面破坏了秸秆的规整结构，降低秸秆的结晶度，另一方面可使秸秆中的活性基团易与水分子形成氢键，从而提高秸秆的溶解。
(4)本发明采用工农业固体废弃物为原料制备出无二次污染的复合水处理材料，其原料来源丰富，且制备工艺简单，反应条件温和，工艺参数易于控制。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1：
1)将20g粉煤灰置于反应瓶中，加入60 mL、10wt%的盐酸溶液中浸泡5小时，然后再加入20wt%的氢氧化钠溶液调节pH为11，过滤，在所得滤液中按体积比1:1加入10wt%的盐酸溶液，在搅拌条件下于70℃反应1.5小时;反应结束后过滤分离，得到含氯化铝的滤液，在所得滤液中加入6g碳酸钙粉，调节盐基度，经搅拌、过滤、滤液干燥，得到聚合氯化铝粉末(未经干燥的滤液也可直接作为净水剂);
2)室温下，将稻草秸秆经水洗除土、烘干、粉碎后加入到5wt%的氢氧化钠溶液中，配成秸秆浓度为2wt%的溶液，然后以200 r/min快速搅拌均匀后，再以120 r/min慢速搅拌24h，得到浅黄色秸秆溶液;
3)将步骤2)所得秸秆溶液离心、过滤、滤饼干燥，得到秸秆粉末;
4)将所得聚合氯化铝粉末加水配成20wt%的溶液，然后加入所用聚合氯化铝粉末2倍重量的秸秆粉末，在50℃水浴中搅拌6 h，至析出絮状物;
5)将步骤4)所得悬浊液过滤后，所得沉淀用乙醇洗涤3次，干燥，即得秸秆/聚合氯化铝复合水处理材料。
实施例2：
1)将20g粉煤灰置于反应瓶中，加入60 mL、20wt%的盐酸溶液浸泡6小时，然后再加入25wt%的氢氧化钠溶液调节pH为12，过滤，在所得滤液中按体积比1:1加入15wt%的盐酸溶液，在搅拌条件下于80℃反应1.5小时;反应结束后过滤分离，得到含氯化铝的滤液，在所得滤液中加入7g碳酸钙粉，调节盐基度，经搅拌、过滤、滤液干燥，得到聚合氯化铝粉末(未经干燥的滤液也可直接作为净水剂);
2)室温下，将稻草秸秆经水洗除土、烘干、粉碎后加入到10wt%的氢氧化钠溶液中，配成秸秆浓度为3wt%的溶液，然后以230 r/min快速搅拌均匀后，再以130 r/min慢速搅拌24h，得到浅黄色秸秆溶液;
3)将步骤2)所得秸秆溶液离心、过滤、滤饼干燥，得到秸秆粉末;
4)将所得聚合氯化铝粉末加水配成25wt%的溶液，然后加入所用聚合氯化铝粉末2倍重量的秸秆粉末，在70℃水浴中搅拌7 h，至析出絮状物;
5)将步骤4)所得悬浊液过滤后，所得沉淀用乙醇洗涤3次，干燥，即得秸秆/聚合氯化铝复合水处理材料。
实施例3：
1)将20g粉煤灰置于反应瓶中，加入60 mL、30wt%的盐酸溶液中浸泡8小时，然后再加入30wt%的氢氧化钠溶液调节pH为13，过滤，在所得滤液中按体积比1:1 mL加入10wt%的盐酸溶液，在搅拌条件下于90℃反应1.5小时;反应结束后过滤分离，得到含氯化铝的滤液，在所得滤液中加入8g碳酸钙粉，调节盐基度，经搅拌、过滤、滤液干燥，得到聚合氯化铝粉末(未经干燥的滤液也可直接作为净水剂);
2)室温下，将稻草秸秆经水洗除土、烘干、粉碎后加入到15wt%的氢氧化钠溶液中，配成秸秆浓度为5wt%的溶液，然后以250 r/min快速搅拌均匀后，再以150 r/min慢速搅拌24h，得到浅黄色秸秆溶液;
3)将步骤2)所得秸秆溶液离心、过滤、滤饼干燥，得到秸秆粉末;
4)将所得聚合氯化铝粉末加水配成30wt%的溶液，然后加入所用聚合氯化铝粉末2倍重量的秸秆粉末，在60℃水浴中搅拌10 h，至析出絮状物;
5)将步骤4)所得悬浊液过滤后，所得沉淀用乙醇洗涤3次，干燥，即得秸秆/聚合氯化铝复合水处理材料。