申请日2017.12.28
公开(公告)日2018.07.13
IPC分类号C02F1/28; C02F1/54; C02F1/42; C02F101/20
摘要
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂及制备与应用。本发明将蒙脱土与粉煤灰复配，先对其进行酸处理以及超声处理，然后利用表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵对蒙脱土与粉煤灰进行改性，进一步将改性后的蒙脱土/粉煤灰的混合物与带正电荷的壳聚糖反应，得到蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂。该蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂不仅可以吸附去除阴离子型污染物，还可以通过壳聚糖中的氨基和羧基与Cu2+、Hg2+、Ag+和Au2+等重金属离子形成稳定的螯合物而沉降，从而有效处理废水中的重金属离子。
权利要求书
1.一种蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂的制备方法，其特征在于包含如下步骤：
(1)将蒙脱土与粉煤灰混合，然后加入酸溶液中进行超声处理，固液分离，干燥，得到预改性蒙脱土/粉煤灰混合物;
(2)将步骤(1)制得的预改性蒙脱土/粉煤灰混合物与水混合，得到预改性蒙脱土/粉煤灰混合物悬浮液;
(3)在步骤(2)制得的预改性蒙脱土/粉煤灰混合物悬浮液中加入十六烷基三甲基溴化铵，搅拌条件下进行水热反应，固液分离，洗涤，干燥，得到改性蒙脱土/粉煤灰混合物;
(4)将壳聚糖溶于醋酸溶液中，得到壳聚糖/醋酸溶液，然后加入步骤(3)制得的改性蒙脱土/粉煤灰混合物，50～70℃反应2～4h，产物洗涤，干燥，得到蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂。
2.根据权利要求1所述的蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的蒙脱土与粉煤灰的质量比为(3～5):1。
3.根据权利要求1所述的蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的酸溶液为盐酸溶液、硫酸溶液和硝酸溶液中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的酸溶液的氢离子浓度为0.5～1mol/L。
5.根据权利要求1所述的蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂的制备方法，其特征在于：
所述的超声处理的条件为100～300W超声处理10～30min。
6.根据权利要求1所述的蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的蒙脱土为阳离子交换容量50～150mmol/100g的钠基蒙脱土。
7.根据权利要求1所述的蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂的制备方法，其特征在于：
步骤(3)中所述的预改性蒙脱土/粉煤灰混合物与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为(3～5)：1。
8.根据权利要求1所述的蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水 处理剂的制备方法，其特征在于：
步骤(3)中所述的水热反应的条件为70～80℃反应30～60min;
步骤(4)中所述的壳聚糖/醋酸溶液中醋酸的质量分数为2～4%，壳聚糖的浓度为3～10mg/mL。
9.一种蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂，其特征在于通过权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到。
10.权利要求9所述的蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂在水处理及污染环境修复领域中的应用。
说明书
一种蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂及制备与应用
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂及制备与应用。
背景技术
粉煤灰是来源于燃煤电厂和大型工矿企业的燃煤锅炉，通常是指煤粉约在1400℃左右的高温燃烧又急速冷凝后从烟气中捕集的细粉状固体废弃物，粉煤灰一般呈灰色、灰白色或黑褐色，为细分散相的固体物质，颗粒粒径通常约为25～300μm，孔隙率一般为60～75%，具有多孔结构，比表面积很大，一般在2000cm2/g～4000cm2/g。
据有关资料显示，全世界煤的年总消耗量约为42亿t，燃煤电厂粉煤灰的年排放量达3亿t。我国每年煤消耗量约11亿t，粉煤灰年排放量约1.8亿t，即使在电厂节能效率不断提高的情况下，到2020年，我国粉煤灰总的堆存量也将会达到30多亿t，如此大量的粉煤灰若不妥善安置，不仅会占用大量农田，而且还会严重污染大气和水源，危害生物生长，破坏生态平衡。但目前粉煤灰综合利用率仅为30～40%之间，主要用于土建工程基料、土壤改良剂等低附加值利用领域，且利用率远赶不上每年粉煤灰的新增速度，而现行国家政策要求粉煤灰的综合利用率达到70%以上。因此，大力开展粉煤灰高附加值的利用研究势在必行。
近年来，粉煤灰的环保利用价值正日益受到关注，将其用于水环境治理是国内外研究重点。粉煤灰比表面积较大，具有多孔结构，内部孔隙丰富，有较强的吸附性。同时，其中含有大量的Al2O3、SiO2和Fe2O3等氧化物，能提供Al、Si等活性成分，因此，将粉煤灰作为水处理剂用于治理废水有很好的应用前景。未经改性的粉煤灰吸附效果并不理想，因此需对其性能进行优化和改善。利用粉煤灰对染料废水进行处理通常需要先对其改性来提高其吸附性能。
目前对粉煤灰的改性方法主要有研磨细化减小粒径、酸改性法、碱改性法、内电解法以及混凝法。
发明内容
为了克服现有技术的不足与缺点，本发明的首要目的在于提供一种蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂。
本发明的再一目的在于提供上述蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂的制备方法，包含如下步骤：
(1)将蒙脱土与粉煤灰混合，然后加入酸溶液中进行超声处理，固液分离，干燥，得到预改性蒙脱土/粉煤灰混合物;
(2)将步骤(1)制得的预改性蒙脱土/粉煤灰混合物与水混合，得到预改性蒙脱土/粉煤灰混合物悬浮液;
(3)在步骤(2)制得的预改性蒙脱土/粉煤灰混合物悬浮液中加入十六烷基三甲基溴化铵，搅拌条件下进行水热反应，固液分离，洗涤，干燥，得到改性蒙脱土/粉煤灰混合物;
(4)将壳聚糖溶于醋酸溶液中，得到壳聚糖/醋酸溶液，然后加入步骤(3)制得的改性蒙脱土/粉煤灰混合物，50～70℃反应2～4h，干燥，得到蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂;
步骤(1)中所述的蒙脱土与粉煤灰的质量比优选为(3～5):1;
步骤(1)中所述的酸溶液优选为盐酸溶液、硫酸溶液和硝酸溶液中的至少一种;
步骤(1)中所述的酸溶液的氢离子浓度优选为0.5～1mol/L;
所述的超声处理的条件优选为100～300W超声处理10～30min;
步骤(1)中所述的蒙脱土优选为阳离子交换容量50～150mmol/100g的钠基蒙脱土;
步骤(3)中所述的预改性蒙脱土/粉煤灰混合物与十六烷基三甲基溴化铵的质量比优选为(3～5)：1;
步骤(3)中所述的水热反应的条件优选为70～80℃反应30～60min;
步骤(4)中所述的壳聚糖/醋酸溶液中醋酸的质量分数优选为2～4%，壳聚糖的浓度优选为3～10mg/mL;
一种蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂，通过上述制备方法制备得到;
所述的蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂在水处理及污染环境修复领域中的应用;
本发明的原理：
本发明将蒙脱土与粉煤灰复配，先对其进行酸处理以及超声处理，使其表面变粗糙，并形成凹槽和孔洞，增大其比表面积，大大提高了其吸附废水中有机污染物的能力和离子交换能力;然后利用表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵对蒙脱土与粉煤灰进行改性，其中，在表面活性剂的作用下，蒙脱土的层间距增大，其层间可交换的阳离子可被表面活性剂替换，酸处理和超声处理形成的特殊结构使得蒙脱土层间更多的阳离子被表面活性剂替换，粉煤灰表面吸附大量十六烷基三甲基溴化铵，提高了蒙脱土和粉煤灰对阴离子型污染物的吸附电中和能力;进一步将其与带正电荷的壳聚糖反应，使得制得的蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂不仅可以吸附去除阴离子型污染物，还可以通过壳聚糖中的氨基和羧基与Cu2+、Hg2+、Ag+和Au2+等重金属离子形成稳定的螯合物而沉降，从而有效处理废水中的重金属离子。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明对蒙脱土和粉煤灰进行改性，显著提高了蒙脱土和粉煤灰的污染物处理能力。
(2)本发明提供的蒙脱土/粉煤灰/壳聚糖复合污水处理剂不仅对阴离子型污染物具有较好的吸附去除作用，而且对重金属离子也有较好的吸附去除作用。
(3)本发明操作简单，成本低，适用范围广。
(4)本发明以粉煤灰为原料，变废为宝，解决了粉煤灰固体废弃物和污水中污染物的环境污染问题。