專利名稱:一種羥基鐵包覆過(guò)濾材料、其制備方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種水處理材料,具體地,涉及一種羥基鐵包覆過(guò)濾材料、其制備方法及其用于去除水中砷、氟、油等污染物的應(yīng)用。
背景技術(shù):
隨著我國(guó)工業(yè)規(guī)模的快速增長(zhǎng),由工業(yè)廢水、廢渣導(dǎo)致的水體污染問(wèn)題也日益突出。200廣2008年在我國(guó)發(fā)生的28起重要的水污染事件中,有3起源于水中砷污染,2起源于氟污染。2002年湖南衡陽(yáng)因工業(yè)廢水污染導(dǎo)致100多人砷中毒,出現(xiàn)嘔吐、手腳麻木、眼膜充血等癥狀。2007年貴州都柳江因企業(yè)違法排污使17人砷中毒,并導(dǎo)致沿河2萬(wàn)多人生活用水困難。2005年河北圍場(chǎng)縣近20萬(wàn)人氟中毒,2007年寧夏固原又有7萬(wàn)多人氟中毒。近年來(lái),水體中砷污染事件有增無(wú)減。根據(jù)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文環(huán)境地質(zhì)研究所于2011年4月間對(duì)云南柴石灘水庫(kù)、南盤江宜良境內(nèi)水域砷含量的檢測(cè)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)砷含量分別達(dá)0. 215mg/L和0. 226mg/L,屬于嚴(yán)重污染。2010年9月,在湖南岳陽(yáng)縣的自來(lái)水例檢中,也發(fā)現(xiàn)砷含量超標(biāo)10倍,污染源于企業(yè)高濃度含砷污水的非法排放。在我國(guó)華東、華北、西北的部分地區(qū),包括河南、河北、天津、安徽、山西、內(nèi)蒙、甘肅、寧夏、青海、新疆等地區(qū),地下水資源都不同程度地被氟污染,特別是華北地區(qū)飲用高氟水絕對(duì)人數(shù)和比例均居全國(guó)首位,其次是華東地區(qū)。有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,我國(guó)至少有5000萬(wàn)人在飲用高氟水,因長(zhǎng)期飲用高氟水導(dǎo)致大面積出現(xiàn)氟斑牙、氟骨癥等氟病癥的省、市、自治區(qū)已占全國(guó)的一半。我國(guó)是一個(gè)水資源嚴(yán)重不足的國(guó)家,人均擁有的淡水資源還不到世界平均水平的 25%。針對(duì)我國(guó)工業(yè)廢水中砷、氟等有害元素給我國(guó)水資源造成的日益嚴(yán)重的污染問(wèn)題,開(kāi)發(fā)一種能高效吸附水中砷、氟等有害雜質(zhì)的過(guò)濾材料,對(duì)我國(guó)水資源凈化、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和人民群眾的身體健康都具有十分重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種集物理過(guò)濾和化學(xué)吸附于一體的新型過(guò)濾材料——羥基鐵包覆過(guò)濾材料,該過(guò)濾材料采用羥基氧化鐵活性成分包覆傳統(tǒng)陶瓷過(guò)濾材料,可實(shí)現(xiàn)懸浮態(tài)顆粒物過(guò)濾與溶解態(tài)污染物吸附同步去除的功能,對(duì)工業(yè)廢水和飲用水具有很好的過(guò)濾和去除砷、氟等有害雜質(zhì)的效果。為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明提供了一種羥基鐵包覆過(guò)濾材料,該過(guò)濾材料具有核一殼結(jié)構(gòu),該核是指陶瓷濾料基體,該陶瓷濾料基體是采用陶瓷濾料經(jīng)造粒、燒結(jié)形成的,該陶瓷濾料是指高嶺土、石英和白云母的任意一種以上;該殼是指在所述核的表面包覆的羥基氧化鐵活性物質(zhì)包覆層。上述的羥基鐵包覆過(guò)濾材料,其中,所述的陶瓷濾料包含以下按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)的物質(zhì)
SiO268 70%;Al2O318 24%;
CaOΓ2%;
K20/Na20 3 3.8%; CaMg (CO3) 25%。上述的羥基鐵包覆過(guò)濾材料,其中,所述的羥基氧化鐵活性物質(zhì)包含F(xiàn)eO(OH),該 FeO(OH)是氫氧化鐵沉淀經(jīng)煅燒活化處理得到。上述的羥基鐵包覆過(guò)濾材料,其中,所述的羥基氧化鐵活性物質(zhì)層還包含按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為If 20%的鎂質(zhì)燒結(jié)助劑,該鎂質(zhì)燒結(jié)助劑包含白云石、滑石和斜綠泥石的任意一種以上。上述的羥基鐵包覆過(guò)濾材料,其中,所述的鎂質(zhì)燒結(jié)助劑由按重量百分?jǐn)?shù)計(jì) 30-50%白云石、30-50%滑石和10-30%斜綠泥石構(gòu)成;更優(yōu)選的是按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)40%白云石、40%滑石和20%斜綠泥石構(gòu)成的鎂質(zhì)燒結(jié)助劑。所述斜綠泥石作為粘結(jié)劑。上述的羥基鐵包覆過(guò)濾材料,其中,所述的包覆層厚度為0. 5^1. 0mm。本發(fā)明還提供了一種上述羥基鐵包覆過(guò)濾材料的制備方法,該方法包含以下具體步驟
步驟1,制備濾料基體稱取陶瓷濾料,添加按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為1(Γ14%水后進(jìn)行混練, 悶料均化后用團(tuán)球機(jī)成形為直徑廣3mm的生坯球,干燥后在梭式窯中于125(T128(TC燒結(jié), 保溫2、小時(shí)后自然冷卻;
步驟2,制備羥基氧化鐵活性物質(zhì)以三氯化鐵和氫氧化鈉溶液化學(xué)沉積得到的氫氧化鐵,該氫氧化鐵在60(T90(TC煅燒活化、粘結(jié),得到活化的羥基氧化鐵,即羥基氧化鐵活性物質(zhì);
步驟3,包覆采用團(tuán)球機(jī)使步驟2制備的羥基氧化鐵活性物質(zhì)對(duì)步驟1制備的濾料基體進(jìn)行包覆,包覆層厚度控制在0. 5 1. 0mm,然后在40(T80(TC進(jìn)行活化廣1. 3小時(shí),經(jīng)檢測(cè)合格的產(chǎn)品即可包裝出廠。上述的羥基鐵包覆過(guò)濾材料的制備方法,其中,在步驟2中,還包含將活化的羥基氧化鐵與鎂質(zhì)燒結(jié)助劑混合的步驟。上述的羥基鐵包覆過(guò)濾材料的制備方法,其中,所述的鎂質(zhì)燒結(jié)助劑加水兌成液體,以噴霧的形式加入到活化的羥基氧化鐵中。本發(fā)明還提供了一種上述的羥基鐵包覆過(guò)濾材料在水處理中的應(yīng)用?,F(xiàn)有的陶瓷濾料廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域,但不具備吸附水污染中的砷、氟有害元素的能力;而本發(fā)明的羥基鐵包覆濾料可廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域,且具備吸附水污染中的砷、氟有害元素的能力,羥基鐵包覆過(guò)濾材料可吸附砷>9mg/g,氟、mg/g。本發(fā)明提供的產(chǎn)品吸附能力強(qiáng)、物理強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好,不僅對(duì)水體中溶解態(tài)污染物具有很好的吸附截留效果,而且其物理過(guò)濾效果也優(yōu)于傳統(tǒng)的陶瓷濾料,能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,具有非常好的應(yīng)用前景。
圖1為本發(fā)明的一種羥基鐵包覆過(guò)濾材料的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明制備羥基鐵包覆過(guò)濾材料的工藝流程圖。
圖3為本發(fā)明的實(shí)施例中原料瓷土的礦物組成X射線衍射(XRD)分析圖;其中標(biāo)注Δ的表示石英,0表示白云母。圖4為本發(fā)明的羥基氧化鐵的熱重一差熱(TG-DSC)分析圖。圖5為本發(fā)明的經(jīng)600°C煅燒活化后的羥基氧化鐵產(chǎn)物的X射線衍射(XRD)分析
A-Fe2O3
圖,其中SiO2 。
-FeO(OH)圖6為本發(fā)明的鎂質(zhì)燒結(jié)助劑的X射線衍射(XRD)分析圖,
O-白云石
其中滑石。
.,、 □-斜綠泥石(Mg’Fe)6(S i,A1)4O10(OH)3圖7為本發(fā)明的燒結(jié)后陶瓷濾料基體的X射線衍射(XRD)分析圖,
A-SiO2 其中寞來(lái)石。
■ -FeSiOi圖8為本發(fā)明的燒結(jié)后陶瓷濾料基體的顯微結(jié)構(gòu)(SEM,X 3000)示意圖。圖9為本發(fā)明的羥基鐵包覆濾料表面的X射線衍射(XRD)分析圖
▲ -FegOg 其中· -SiO2 ο -FeO(OH)圖10為本發(fā)明的包覆層表面與陶瓷濾料基體間的結(jié)合情況示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步地說(shuō)明。為了使羥基鐵包覆濾料既有一定的強(qiáng)度,又有很好的過(guò)濾和吸附性能,如圖1所示,本發(fā)明提供的羥基鐵包覆過(guò)濾材料具有核一殼結(jié)構(gòu)以傳統(tǒng)的陶瓷濾料為基體10 (即, 核),在其表面包覆羥基氧化鐵活性物質(zhì)包覆層20 (S卩,殼)。該陶瓷濾料基體10是采用陶瓷濾料經(jīng)造粒、燒結(jié)形成的,該陶瓷濾料是指高嶺土、石英和白云母的任意一種以上。如圖2所示,為本發(fā)明制備羥基鐵包覆過(guò)濾材料的工藝流程陶瓷濾料經(jīng)攪拌混合,造粒,燒結(jié),得到陶瓷濾料基體;三氯化鐵和氫氧化鈉經(jīng)化學(xué)沉積步驟得到氫氧化鐵,該氫氧化鐵經(jīng)煅燒活化得到羥基氧化鐵,該羥基氧化鐵與鎂質(zhì)燒結(jié)助劑混合均勻后,包覆在陶瓷濾料基體外部,再經(jīng)活化,檢驗(yàn)合格后,包裝。實(shí)施例1
制備羥基氧化鐵包覆過(guò)濾材料所用原料包括瓷土、三氯化鐵、氫氧化鈉、鎂質(zhì)燒結(jié)助劑。陶瓷濾料基體以萍鄉(xiāng)本地出產(chǎn)的瓷土為主要原料,其礦物組成主要是高嶺土、石英和少量白云母,如圖3所示。包覆層羥基氧化鐵以按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)20%的氯化鐵(FeCl3)、15%的燒堿(NaOH)及
565%的水為原料反應(yīng),采用化學(xué)沉積法制備;其中,形成羥基氧化鐵的化學(xué)反應(yīng)如下 FeCl3 + 3Na0H —~- Fe(OH)3 J, + 3NaCl Fe (OH) 3 —“^ FeO(OH) + H2O。如圖4所示,羥基氧化鐵的熱重一差熱(TG-DSC)分析結(jié)果顯示,從室溫至900°C 一直存在一個(gè)緩慢的失重過(guò)程,總失重量為3. 29%,說(shuō)明羥基的脫除是一個(gè)漸進(jìn)過(guò)程,在 900°C前羥基氧化鐵均有較高的活性。經(jīng)600°C煅燒活化后的羥基氧化鐵產(chǎn)物的XRD分析結(jié)果如圖5所示,主晶相為Fe2O3和FeO (OH),另有少量SiO2,可能是在樣品加工過(guò)程中帶入的。為了提高羥基氧化鐵包覆層與陶瓷濾料基體間的結(jié)合強(qiáng)度,在羥基氧化鐵粉中加入了按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)18%的鎂質(zhì)燒結(jié)助劑,其物相組成如圖6所示,由40%(重量百分比)白云石、40%滑石和20%斜綠泥混合構(gòu)成,加水?dāng)嚢?,兌成液體混合物,以噴霧的形式加入。步驟1,制備濾料基體稱取陶瓷濾料,添加按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為10%水后進(jìn)行混練, 悶料均化后用團(tuán)球機(jī)成形為直徑廣3mm的生坯球,干燥后在梭式窯中于1250°C左右燒結(jié), 保溫2、小時(shí)后自然冷卻;燒結(jié)后陶瓷濾料基體的X射線衍射分析結(jié)果如圖7所示,其主晶相為莫來(lái)石和石英(SiO2),另有少量硅酸鐵(FeSi03)。為了獲得較高強(qiáng)度,陶瓷基體已基本實(shí)現(xiàn)致密化燒結(jié),表面呈凹凸不平的結(jié)構(gòu),有利于羥基鐵包覆在其表面,如圖8所示為燒結(jié)后陶瓷濾料基體的顯微結(jié)構(gòu)(X3000),內(nèi)部可見(jiàn)平均晶粒尺寸在ΙΟμπι以下,孔徑多在 2 5 μ m之間。步驟2,制備羥基氧化鐵活性物質(zhì)以三氯化鐵和氫氧化鈉溶液化學(xué)沉積得到的氫氧化鐵,該氫氧化鐵在60(T90(TC煅燒活化,得到羥基氧化鐵粉末,然后向該羥基氧化鐵粉末中以噴霧的形式加入鎂質(zhì)燒結(jié)助劑液體,攪和均勻,得到羥基氧化鐵活性物質(zhì);
步驟3,包覆采用團(tuán)球機(jī)使步驟2制備的羥基氧化鐵活性物質(zhì)對(duì)步驟1制備的濾料基體進(jìn)行包覆,包覆層厚度控制在0. 5^1. 0mm,然后在40(T8(KrC進(jìn)行活化,經(jīng)檢測(cè)合格的產(chǎn)品即可包裝出廠。所得的羥基鐵包覆濾料表面的XRD分析結(jié)果如圖9所示,主要晶相為氧化鐵、二氧化硅和羥基氧化鐵。包覆層表面與陶瓷濾料基體間的結(jié)合情況如圖10所示,基體與包覆層結(jié)合緊密,無(wú)明顯界面。羥基鐵包覆過(guò)濾材料的性能檢測(cè)
本發(fā)明制備的羥基鐵包覆過(guò)濾材料產(chǎn)品經(jīng)工業(yè)陶瓷國(guó)家測(cè)試中心江西省工業(yè)陶瓷質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站檢驗(yàn),結(jié)果如下
堆積密度1. 78 g/cm3體積密度1. 62 g/cm3破碎率0. 75 %莫氏硬度6級(jí)堆積孔隙率28. 60 %吸水率2. 16 %導(dǎo)熱系數(shù)4. 41 ff/m. K比熱735 J/kg.K砷最大吸附量9. 48 mg/g氟最大吸附量8· 0 mg/g油最大吸附量3. 0 mg/g。本發(fā)明的產(chǎn)品在廣東省東莞常平第二水廠的試用結(jié)果表明,使用本發(fā)明產(chǎn)品后, 水中砷化物含量由原來(lái)的0. 2mg/L降低至0. 03mg/L ;氟化物含量由1. 3mg/L降低為0. 8mg/ L,經(jīng)多次檢驗(yàn),各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明的產(chǎn)品用于含油廢水、電鍍廢水、綜合廢水的處理工藝中,經(jīng)多次檢測(cè),表明該產(chǎn)品可高效吸附分離水體中的污染物,尤其對(duì)砷、氟、油等污染物具有高效吸附截留功效,完全滿足對(duì)廢水處理的設(shè)計(jì)要求和排放標(biāo)準(zhǔn)。因本發(fā)明產(chǎn)品的吸附能力強(qiáng)、物理強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好,不僅對(duì)水體中溶解態(tài)污染物具有很好的吸附截留效果,而且其物理過(guò)濾效果也優(yōu)于傳統(tǒng)的陶瓷濾料,具有巨大的市場(chǎng)前景。實(shí)施例2
除鎂質(zhì)燒結(jié)助劑組成外,制備羥基氧化鐵包覆過(guò)濾材料所用原料及重量百分比組成與實(shí)施例1相同。本實(shí)施例所用鎂質(zhì)燒結(jié)助劑由滑石構(gòu)成。采用與實(shí)施例1相同的方法,制備得到羥基鐵包覆過(guò)濾材料2,其主要性能指標(biāo)如表1所示。實(shí)施例3
除鎂質(zhì)燒結(jié)助劑組成外,制備羥基氧化鐵包覆過(guò)濾材料所用原料及重量百分比組成與實(shí)施例1相同。本實(shí)施例所用鎂質(zhì)燒結(jié)助劑由80%滑石和20%斜綠泥構(gòu)成。采用與實(shí)施例1相同的方法,制備得到羥基鐵包覆過(guò)濾材料3,其主要性能指標(biāo)如表1所示。表3羥基鐵包覆濾料2和3主要性能指標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種羥基鐵包覆過(guò)濾材料,其特征在于,該過(guò)濾材料具有核一殼結(jié)構(gòu),該核是指陶瓷濾料基體(10),該陶瓷濾料基體(10)是采用陶瓷濾料經(jīng)造粒、燒結(jié)形成的,該陶瓷濾料是指高嶺土、石英和白云母的任意一種以上;該殼是指在所述核的表面包覆的羥基氧化鐵活性物質(zhì)包覆層(20),所述包覆層(20)厚度為0. 5^1. 0mm。
2.如權(quán)利要求1所述的羥基鐵包覆過(guò)濾材料,其特征在于,所述的陶瓷濾料包含以下按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)的物質(zhì)SiO268 70%;Al2O318 24%;CaOΓ2%;K20/Na20 3 3.8%;CaMg (CO3) 25%。
3.如權(quán)利要求1所述的羥基鐵包覆過(guò)濾材料,其特征在于,所述的羥基氧化鐵活性物質(zhì)包含F(xiàn)eO (OH),該FeO (OH)是氫氧化鐵沉淀經(jīng)煅燒活化處理得到。
4.如權(quán)利要求3所述的羥基鐵包覆過(guò)濾材料,其特征在于,所述的羥基氧化鐵活性物質(zhì)層還包含按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為If 20%的鎂質(zhì)燒結(jié)助劑,該鎂質(zhì)燒結(jié)助劑包含白云石、滑石和斜綠泥石的任意一種以上。
5.如權(quán)利要求4所述的羥基鐵包覆過(guò)濾材料,其特征在于,所述的鎂質(zhì)燒結(jié)助劑由按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)30-50%白云石、30-50%滑石和10-30%斜綠泥石構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求5所述的羥基鐵包覆過(guò)濾材料,其特征在于,所述的鎂質(zhì)燒結(jié)助劑由按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)40%白云石、40%滑石和20%斜綠泥石構(gòu)成。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的羥基鐵包覆過(guò)濾材料的制備方法,其特征在于,該方法包含以下具體步驟步驟1,制備濾料基體稱取陶瓷濾料,添加按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為1(Γ14%水后進(jìn)行混練,悶料均化后用團(tuán)球機(jī)成形為直徑廣3mm的生坯球,干燥后在梭式窯中于125(T128(TC 燒結(jié),保溫2、小時(shí)后自然冷卻;步驟2,制備羥基氧化鐵活性物質(zhì)以三氯化鐵和氫氧化鈉溶液化學(xué)沉積得到的氫氧化鐵,該氫氧化鐵在60(T90(TC煅燒粘結(jié),得到活化的羥基氧化鐵,即羥基氧化鐵活性物質(zhì);步驟3,包覆采用團(tuán)球機(jī)使步驟2制備的羥基氧化鐵活性物質(zhì)對(duì)步驟1制備的濾料基體進(jìn)行包覆,包覆層厚度控制在0. 5 1. 0mm,然后在40(T80(TC進(jìn)行活化廣1. 3小時(shí),經(jīng)檢測(cè)合格的產(chǎn)品即可包裝出廠。
8.如權(quán)利要求7所述的羥基鐵包覆過(guò)濾材料的制備方法,其特征在于,在步驟2中,還包含將活化的羥基氧化鐵與鎂質(zhì)燒結(jié)助劑混合的步驟。
9.如權(quán)利要求8所述的羥基鐵包覆過(guò)濾材料的制備方法,其特征在于,所述的鎂質(zhì)燒結(jié)助劑加水兌成液體,以噴霧的形式加入到活化的羥基氧化鐵中。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的羥基鐵包覆過(guò)濾材料在水處理中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種羥基鐵包覆過(guò)濾材料、其制備方法及應(yīng)用,該過(guò)濾材料具有核—?dú)そY(jié)構(gòu),該核是指陶瓷濾料基體,該陶瓷濾料基體是采用陶瓷濾料經(jīng)造粒、燒結(jié)形成的,該陶瓷濾料是指高嶺土、石英和白云母的任意一種以上;該殼是指在所述核的表面包覆的羥基氧化鐵活性物質(zhì)包覆層。本發(fā)明提供的羥基鐵包覆過(guò)濾材料吸附能力強(qiáng)、物理強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好,不僅對(duì)水體中溶解態(tài)污染物具有很好的吸附截留效果,而且其物理過(guò)濾效果也優(yōu)于傳統(tǒng)的陶瓷濾料,能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,具有非常好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C02F1/28GK102500162SQ20111036142
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者廖正輝 申請(qǐng)人:廖正輝