本發(fā)明屬于環(huán)境科學(xué)與工程領(lǐng)域，具體涉及一種氫氟酸改性廢磚、基于該廢磚的復(fù)合材料及在吸附重金屬凈化水體中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：隨著現(xiàn)代化建設(shè)以及舊城改造步伐的加快，建筑垃圾的數(shù)量和種類正在日益增加。相關(guān)調(diào)查表明，自2007年以來(lái)，我國(guó)各大城市建筑垃圾呈現(xiàn)出數(shù)量巨大、產(chǎn)生周期集中等新特點(diǎn)，目前主要還是采取填埋和露天堆放為主的處置方式，環(huán)境危害大，急需新的處理渠道，以科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、有效的方式進(jìn)行建筑垃圾資源化處理。用粘土燒制的磚塊是建筑垃圾的一種主要組份，約占建筑垃圾總量的30-50％。它主要是由粘土、頁(yè)巖和煤矸石等原料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，其中石英約占67％、Al2O3約占12％、Fe2O3約占8％。粘土磚因燒結(jié)固化而存在一定的機(jī)械強(qiáng)度和大量的孔隙，可以作為一種吸附劑或者吸附劑載體而被回收利用。但進(jìn)一步的研究表明，現(xiàn)有的改性手段獲得的廢磚對(duì)污染物的吸附量較低僅有幾個(gè)毫克/每克，而且由于廢磚的比表面積較低(20m2/g左右)，作為載體的固載量也大大受到限制。這些都限制了廢磚的有效利用，因此，要想提高廢磚的回收和利用率，必須對(duì)廢磚進(jìn)行改性提高其表面活性位點(diǎn)的量、提高比表面積。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的第一目的是提供一種氫氟酸改性的廢磚，以提高廢磚的比表面積；本發(fā)明的第二目的是提供一種基于上述改性廢磚的復(fù)合材料，以在廢磚表面形成更多的吸附位點(diǎn)，提高吸附量；本發(fā)明的第三目的是提供上述改性廢磚以及基于改性廢磚的復(fù)合材料在吸附重金屬凈化水體中的應(yīng)用，以提高對(duì)水體中重金屬的吸附凈化效果。上述目的是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種氫氟酸改性廢磚，通過(guò)如下方法制備而成：將廢磚粉碎、洗滌、過(guò)濾、烘干后，置于氫氟酸溶液中浸泡改性，再洗滌、烘干即得。優(yōu)選地，所述改性廢磚的制備方法具體包括如下步驟：步驟S1，將廢磚粉碎，過(guò)篩分級(jí)，選出0.5-1.2mm粒徑的磚粒；步驟S2，將上述磚粒用水洗滌、過(guò)濾后，于100-110℃烘干；步驟S3，將步驟S2所得磚粒置于氫氟酸溶液中超聲浸泡改性；所述氫氟酸溶液的摩爾濃度為0.5-10mol/L，氫氟酸溶液的體積為磚粒質(zhì)量的15-25倍；步驟S4，將改性后的磚粒洗滌至中性，100-110℃烘干即得。優(yōu)選地，步驟S3中，改性溫度為25-40℃，超聲頻率為50-70KHz，超聲時(shí)間為3-5h。一種基于上述改性廢磚的復(fù)合材料，通過(guò)如下方法制備而成：將改性廢磚浸泡于二氧化鈦溶膠中，取出后烘干，得無(wú)定型二氧化鈦負(fù)載的改性廢磚。優(yōu)選地，所述二氧化鈦溶膠的制備方法包括：步驟S1，將乙醇和蒸餾水混合均勻得A溶液，調(diào)節(jié)其pH至2-3；其中，所述乙醇和蒸餾水的體積比為10-15:1；步驟S2，將乙醇、乙酸和鈦酸四丁酯混合均勻得B溶液；其中，所述乙醇體積為乙酸體積的4-10倍，所述鈦酸四丁酯體積為乙酸體積的2-5倍；步驟S3，將A溶液以3-4ml/min的速度加入B溶液中，邊加邊攪拌，即得二氧化鈦溶膠；其中，B溶液的體積為A溶液體積的2-3倍。優(yōu)選地，改性廢磚浸泡于二氧化鈦溶膠的浸泡時(shí)間為1-5h，烘干溫度為35-45℃。上述復(fù)合材料在吸附凈化水體中重金屬方面的應(yīng)用。優(yōu)選地，所述的應(yīng)用中，吸附凈化水體中重金屬的方法為：先將待處理的水體過(guò)濾，去除不溶性雜質(zhì)，調(diào)節(jié)其pH至4-5，再將其以4-40BV/h的流速通過(guò)裝填有所述復(fù)合材料的吸附柱床層即可。優(yōu)選地，所述的應(yīng)用中，所述復(fù)合材料使用后的脫附再生方法為：將濃度為0.1-1mol/L的硝酸溶液以0.5-5BV/h的流速通過(guò)吸附柱床層，時(shí)間為0.5-1.5h。本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明提供的改性廢磚比表面積顯著增大；2、本發(fā)明提供的復(fù)合材料通過(guò)將無(wú)定型二氧化鈦負(fù)載于改性廢磚上制備而成，吸附能力顯著高于改性廢磚、無(wú)定型二氧化鈦單獨(dú)使用時(shí)的吸附量之和，比現(xiàn)有技術(shù)具有顯著的進(jìn)步；3、單獨(dú)使用納米二氧化鈦時(shí)，吸附后二氧化鈦不易分離，本發(fā)明復(fù)合材料克服了該缺陷；4、本發(fā)明提供的改性廢磚和基于該改性廢磚的復(fù)合材料可以用于吸附凈化水體中的重金屬，且脫附再生后可以反復(fù)套用。附圖說(shuō)明圖1為測(cè)試1、2、3對(duì)水體中鉛離子的去除率(％)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例具體介紹本發(fā)明的技術(shù)方案。實(shí)施例1：氫氟酸改性廢磚的制備制備方法具體包括如下步驟：步驟S1，將廢磚粉碎，過(guò)篩分級(jí)，選出0.5-1.2mm粒徑的磚粒；步驟S2，將上述磚粒用水洗滌、過(guò)濾后，于105℃烘干；步驟S3，將步驟S2所得磚粒置于氫氟酸溶液中超聲浸泡改性；所述氫氟酸溶液的摩爾濃度為5mol/L，氫氟酸溶液的體積為磚粒質(zhì)量的20倍；改性溫度為35℃，超聲頻率為60KHz，超聲時(shí)間為4h；步驟S4，將改性后的磚粒洗滌至中性，105℃烘干即得。比表面積從19.5m2/g提高到70.4m2/g，增加了2.6倍。實(shí)施例2：氫氟酸改性廢磚的制備步驟S1，將廢磚粉碎，過(guò)篩分級(jí)，選出0.5-1.2mm粒徑的磚粒；步驟S2，將上述磚粒用水洗滌、過(guò)濾后，于100℃烘干；步驟S3，將步驟S2所得磚粒置于氫氟酸溶液中超聲浸泡改性；所述氫氟酸溶液的摩爾濃度為0.5mol/L，氫氟酸溶液的體積為磚粒質(zhì)量的25倍；改性溫度為40℃，超聲頻率為70KHz，超聲時(shí)間為5h；步驟S4，將改性后的磚粒洗滌至中性，100℃烘干即得。比表面積從19.5m2/g提高到62.4m2/g，增加了2.2倍。實(shí)施例3：氫氟酸改性廢磚的制備步驟S1，將廢磚粉碎，過(guò)篩分級(jí)，選出0.5-1.2mm粒徑的磚粒；步驟S2，將上述磚粒用水洗滌、過(guò)濾后，于110℃烘干；步驟S3，將步驟S2所得磚粒置于氫氟酸溶液中超聲浸泡改性；所述氫氟酸溶液的摩爾濃度為10mol/L，氫氟酸溶液的體積為磚粒質(zhì)量的15倍；改性溫度為25℃，超聲頻率為50KHz，超聲時(shí)間為3h；步驟S4，將改性后的磚粒洗滌至中性，110℃烘干即得。比表面積從19.5m2/g提高到52.5m2/g，增加了1.7倍。實(shí)施例4：基于改性廢磚的復(fù)合材料的制備將實(shí)施例1制備的改性廢磚浸泡于二氧化鈦溶膠中，浸泡時(shí)間為3h，取出后烘干，烘干溫度為40℃，得無(wú)定型二氧化鈦負(fù)載的改性廢磚。二氧化鈦溶膠的制備方法包括如下步驟：步驟S1，將乙醇和蒸餾水混合均勻得A溶液，調(diào)節(jié)其pH至2.5；其中，所述乙醇和蒸餾水的體積比為12:1；步驟S2，將乙醇、乙酸和鈦酸四丁酯混合均勻得B溶液；其中，所述乙醇體積為乙酸體積的7倍，所述鈦酸四丁酯體積為乙酸體積的3.5倍；步驟S3，將A溶液以3.5ml/min的速度加入B溶液中，邊加邊攪拌，即得二氧化鈦溶膠；其中，B溶液的體積為A溶液體積的2.5倍。實(shí)施例5：基于改性廢磚的復(fù)合材料的制備將實(shí)施例1制備的改性廢磚浸泡于二氧化鈦溶膠中，浸泡時(shí)間為1h，取出后烘干，烘干溫度為35℃，得無(wú)定型二氧化鈦負(fù)載的改性廢磚。二氧化鈦溶膠的制備方法包括如下步驟：步驟S1，將乙醇和蒸餾水混合均勻得A溶液，調(diào)節(jié)其pH至2；其中，所述乙醇和蒸餾水的體積比為10:1；步驟S2，將乙醇、乙酸和鈦酸四丁酯混合均勻得B溶液；其中，所述乙醇體積為乙酸體積的4倍，所述鈦酸四丁酯體積為乙酸體積的2倍；步驟S3，將A溶液以3ml/min的速度加入B溶液中，邊加邊攪拌，即得二氧化鈦溶膠；其中，B溶液的體積為A溶液體積的2倍。實(shí)施例6：基于改性廢磚的復(fù)合材料的制備將實(shí)施例1制備的改性廢磚浸泡于二氧化鈦溶膠中，浸泡時(shí)間為5h，取出后烘干，烘干溫度為45℃，得無(wú)定型二氧化鈦負(fù)載的改性廢磚。二氧化鈦溶膠的制備方法包括如下步驟：步驟S1，將乙醇和蒸餾水混合均勻得A溶液，調(diào)節(jié)其pH至3；其中，所述乙醇和蒸餾水的體積比為15:1；步驟S2，將乙醇、乙酸和鈦酸四丁酯混合均勻得B溶液；其中，所述乙醇體積為乙酸體積的10倍，所述鈦酸四丁酯體積為乙酸體積的5倍；步驟S3，將A溶液以4ml/min的速度加入B溶液中，邊加邊攪拌，即得二氧化鈦溶膠；其中，B溶液的體積為A溶液體積的3倍。實(shí)施例7：對(duì)比實(shí)施例復(fù)合材料：取500g實(shí)施例1制備的改性廢磚，按照實(shí)施例4方法制備得復(fù)合材料(525g，經(jīng)計(jì)算可知該復(fù)合材料中無(wú)定型二氧化鈦占25g)。對(duì)比A：僅500g實(shí)施例1制備的改性廢磚。對(duì)比B：僅25g純無(wú)定型二氧化鈦，不負(fù)載在載體上。實(shí)施例8：應(yīng)用與效果實(shí)施例測(cè)定本發(fā)明基于該廢磚的復(fù)合材料對(duì)水體中鉛離子的吸附能力。水體中鉛離子的濃度為70.9mg/L。測(cè)試方法為：先將待處理的水體過(guò)濾，去除不溶性雜質(zhì)，調(diào)節(jié)其pH至4.5。測(cè)試1，復(fù)合材料：取600LpH為4.5的水體以20BV/h的流速通過(guò)裝填有復(fù)合材料(實(shí)施例7中所述復(fù)合材料，525g)的吸附柱床層。57h通過(guò)完畢。測(cè)試2，對(duì)比A：取600LpH為4.5的水體通過(guò)裝填有改性廢磚(實(shí)施例7中的對(duì)比A所示500g改性廢磚)的吸附柱床層。57h通過(guò)完畢。測(cè)試3，對(duì)比B：將實(shí)施例7中的對(duì)比B所示25g無(wú)定型二氧化鈦添加進(jìn)600LpH為4.5的水體中，攪拌57h。測(cè)試1、2、3中材料對(duì)于600L水體中鉛離子的去除率如下表和圖1。測(cè)試1測(cè)試2測(cè)試3鉛離子去除率(％)92.421.543.1測(cè)試1的鉛離子去除率遠(yuǎn)大于測(cè)試2、3的去除率之和，證明將無(wú)定型二氧化鈦負(fù)載在改性廢磚后形成的復(fù)合材料對(duì)鉛離子的去除率顯著提高。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，理論上，二氧化鈦負(fù)載在改性廢磚后必然會(huì)占據(jù)改性廢磚上的吸附位點(diǎn)，復(fù)合材料的吸附去除效果應(yīng)低于二氧化鈦和改性廢磚吸附效果之和。這說(shuō)明本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步。復(fù)合材料使用后的脫附再生方法為：將濃度為0.5mol/L的硝酸溶液以3BV/h的流速通過(guò)吸附柱床層，時(shí)間為1h。再生后即可反復(fù)使用。上述實(shí)施例的作用僅在于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容，但并不以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和保護(hù)范圍。實(shí)施例9：應(yīng)用實(shí)例將廢水改為含Cd2+、Cr3+、Hg2+等金屬離子的廢水后，去除率稍有差異，但仍可達(dá)到90％左右。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3