申请日2019.06.27
公开(公告)日2019.09.24
IPC分类号B01J20/20; B01J20/30; C02F1/28; C02F101/16; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种用于污水处理的吸附剂及其制备方法，所述吸附剂由氮掺杂介孔炭和锂硅粉废渣通过水热法制备得到，将锂硅粉和氮掺杂介孔炭混合，加入氢氧化钠溶液，水热晶化即得到掺氮炭‑锂硅粉复合材料，本发明通过锂硅粉与掺氮介孔炭的协同作用，使得吸附剂具有良好的同步降低COD和高效脱氨氮的能力。
权利要求书
1.一种用于污水处理的吸附剂，其特征在于，所述吸附剂由氮掺杂介孔炭和锂硅粉废渣通过水热法制备得到。
2.根据权利要求1所述的用于污水处理的吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将锂硅粉烘干并研磨，过筛，将过筛后的锂硅粉和氮掺杂介孔炭混合，得原料混合物;
步骤2，将步骤1所得原料混合物与氢氧化钠溶液混合，搅拌，得混合溶液;
步骤3，将步骤2所得混合溶液倒入高压反应釜中进行水热反应，水热反应结束后，静置降温至25℃，得反应混合液;
步骤4，将步骤3所述反应混合液进行抽滤过滤，将滤渣洗入烧杯中，加入蒸馏水于摇床中震荡后，静置，再进行抽滤过滤，重复抽滤过滤步骤，直至滤液呈中性，收集滤渣;烘干，过筛，即得吸附剂。
3.根据权利要求3所述的用于污水处理的吸附剂的制备方法，其特征在于,步骤1所述过筛为过50～200目筛。
4.根据权利要求3所述的用于污水处理的吸附剂的制备方法，其特征在于,步骤1所述锂硅粉和氮掺杂介孔炭的质量比按1:10～20:1。
5.根据权利要求3所述的用于污水处理的吸附剂的制备方法，其特征在于,步骤2所述氢氧化钠溶液的浓度为0.3125-7.5mol/L。
6.根据权利要求3所述的用于污水处理的吸附剂的制备方法，其特征在于,步骤2所述搅拌转速为100～400r/min，搅拌时间为8～12h。
7.根据权利要求3所述的用于污水处理的吸附剂的制备方法，其特征在于,步骤2所述原料混合物和氢氧化钠溶液的质量-体积比为1:1～1:10(g:mL)。
8.根据权利要求3所述的用于污水处理的吸附剂的制备方法，其特征在于,步骤3所述水热反应温度为30～300℃，水热反应时间为6-10h。
9.根据权利要求3所述的用于污水处理的吸附剂的制备方法，其特征在于,步骤4所述过筛为过50～200目筛。
说明书
一种用于污水处理的吸附剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体地说，涉及一种用于污水处理的吸附剂及其制备方法。
背景技术
根据2016年中国环境状况公报，我国主要河流和湖泊等水体污染十分严重，全国地表水1940个评价、考核、排名的河流断面(点位)中，Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类和劣Ⅴ类水质断面分别占2.4%、37.5%、27.9%、16.8%、6.9%和8.6%，达到Ⅲ类的水体仅占67.8%，32.2%的水体受到污染，氨氮正是主要污染物之一，而化学需氧量(COD)通常作为衡量水中有机物质含量的指标。根据国家统计局的统计数据，2015年全国废水排放总量735.3亿吨。其中，废水中化学需氧量(COD)排放量2223.5万吨，废水中氨氮排放量229.7万吨。污废水排放量以每年20亿吨左右的速度增加，全国工业废水和生活污水每天的排放量近1.64亿吨。虽然废水中的化学需氧量和氨氮排放量逐年有所减少，但基数仍然十分庞大。其中高浓度COD和高氨氮的废水因其水质波动大、毒害性强、成分复杂等特点而难以被妥善处理。这部分废水对自然环境和生活环境会产生严重的危害，若能有效地处理并加以合理利用将会在很大程度上缓解当前我国水资源短缺的现状。
吸附法利用多孔吸附剂对某些污染组分进行吸附脱除，然后利用加热、化学溶剂等方法进行解吸，达到污染物的分离和富集。吸附技术是去除污染物最为简单和高效的广谱方法之一，特别是在污水深度处理和回用水深度处理方面具有独特的优势。高效吸附剂应具有以下特点：1)吸附时间短且吸附容量大;2)使用过程中无有害物质溶出;3)具备良好的机械强度;4)易再生且再生性能稳定;5)易于大规模工业生产，原料廉价易得。目前，活性炭是商业吸附使用最广泛的材料。掺氮介孔炭属于多孔炭材料的一类，具有较大的孔隙、孔体积和比表面积，良好的疏水性、耐酸、耐碱、耐热性能和稳定的孔道结构，以及较高的机械强度和优良的导电性，对有机污染物具有良好的吸附效果。利用废渣独有的结构和元素组成制备污水处理功能活性材料成为新的研究热点和发展趋势。锂硅粉是在锂盐的生产过程中产生的一种工业废渣，是锂辉石在经1200℃左右的高温煅烧后，磨成的细粉在用硫酸法提取出碳酸锂熟料后，再经渗滤浸出洗涤后排出的残渣。其特点是：锂硅粉中的活性SiO2+Al2O3>65%，并含有稀有金属锂元素且锂硅粉表面多裂缝，有明显的孔隙结构，对污染物具有良好的吸附作用。然而，单纯的氮掺杂介孔炭或单纯的锂硅粉均不能实现对水中COD和氨氮的同步高效去除，简单的将氮掺杂介孔炭以及锂硅粉共混对水中COD和氨氮的同步去除效果亦不佳。
发明内容
本发明提出了一种处理污水的复合材料及其制备方法，解决了现有技术的材料不能同步高效去除水中COD和氨氮的技术问题。
为了解决该技术问题，本发明通过下述技术方案实现：
本发明公开了一种用于污水处理的吸附剂，所述吸附剂由氮掺杂介孔炭和锂硅粉废渣通过水热法制备得到。
本发明还公开了一种用于污水处理的吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将锂硅粉烘干并研磨，过筛，将过筛后的锂硅粉和氮掺杂介孔炭混合，得原料混合物;
步骤2，将步骤1所得原料混合物与氢氧化钠溶液混合，搅拌，得混合溶液;
步骤3，将步骤2所得混合溶液倒入高压反应釜中进行水热反应，水热反应结束后，静置降温至25℃，得反应混合液;
步骤4，将步骤3所述反应混合液进行抽滤过滤，将滤渣洗入烧杯中，加入蒸馏水于摇床中震荡后，静置，再进行抽滤过滤，重复抽滤过滤步骤，直至滤液呈中性，收集滤渣;烘干，过筛，即得吸附剂。
优选的，步骤1所述过筛为过50～200目筛。
优选的，步骤1所述锂硅粉和氮掺杂介孔炭的质量比按1:2～8:1。
优选的，步骤2所述氢氧化钠溶液的浓度为0.3125-7.5mol/L。
优选的，步骤2所述搅拌转速为100～400r/min，搅拌时间为8～12h。
优选的，步骤2所述原料混合物和氢氧化钠溶液的质量-体积比为1:1～1:10(g:mL)。
优选的，步骤3所述水热反应温度为30～300℃，水热反应时间为6-10h。
优选的，步骤4所述过筛为过50～200目筛。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明通过锂硅粉与掺氮介孔炭的协同作用，使得本复合材料具有良好的同步降低COD和高效脱氨氮的能力;利用氮掺杂介孔炭与废渣合成制备新型的炭基复合材料，一方面活性炭原材料来源较广，价格低廉，氮掺杂介孔炭内部所含有的胺基、亚胺基和吡啶官能团能提高介孔炭材料对吸附质的亲和力从而提高吸附性能;另一方面可以实现工业废渣的资源化及无害化，降低吸附剂成本，节约能源，以废治废，意义重大，具有良好的推广空间。
锂硅粉主要含有二氧化硅和三氧化二铝，是提供合成沸石的基本元素来源，通过提供足够的硅源、铝源和金属离子。NaOH的加入不仅保证水热反应的碱性环境，最重要的是为沸石的合成提供必要的Na2O成分。适宜的碱度，能改变原材料在合成体系中的聚合态分布，促进原料中的大部分硅铝成分凝胶化，此外，硅铝凝胶中的Na+还有诱导沸石晶体成核的模版作用，因此一定的碱量还能加快沸石结晶。所合成的沸石具有高效吸附性能，特别是对H2O、NH3、H2S、CO2等高极性分子具有很高的亲和力。本发明的制备方法，以水作为溶剂，粉体经溶解和再结晶，所得产物纯度高，分散性好、粒度易控制。
本发明的材料采用掺氮介孔炭和锂硅粉废渣原位合成，利用锂硅粉自身含有的金属元素实现对介孔活性炭改性，它能兼顾沸石分子筛与活性炭的优点，强化本复合材料对有机物和氨氮的去除效率，该复合材料成型效果好，利于工业推广和应用。