申请日2017.03.13
公开(公告)日2017.07.04
IPC分类号C04B38/06; C04B33/135; C04B35/185; C04B41/91; C02F1/28
摘要
本发明提供一种改性粉煤灰陶粒及其制备方法和应用。本发明将粉煤灰、成孔剂和水混合，成球造粒后进行烧结，得到具有莫来石和玻璃相结构的粉煤灰陶粒，提高粉煤灰陶粒制品的力学性能，再用无机酸溶液浸泡进行酸改性，通过酸化打开烧结过程中陶粒表面闭合的孔洞，同时增加粉煤灰陶粒的活性吸附中心，最后经过焙烧使改性离子固定附着在粉煤灰陶粒孔道和表面，使其对特定的污染物有去除作用，特别是对氨氮废水。实验结果表明，本发明提供的改性粉煤灰陶粒对氨氮废水处理3h后，氨氮去除率可达81.66%，与普通粉煤灰陶粒相比，氨氮去除率提高了57.7%。
权利要求书
1.一种改性粉煤灰陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉煤灰、成孔剂和水混合，成球造粒得到混合球料;
(2)将所述步骤(1)得到的混合球料进行烧结，得到粉煤灰陶粒;
(3)将所述步骤(2)得到的粉煤灰陶粒用无机酸溶液浸泡，得到改性粉煤灰陶粒前驱体;
(4)将所述步骤(3)得到的改性粉煤灰陶粒前驱体焙烧，得到改性粉煤灰陶粒。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中粉煤灰、成孔剂和水的质量比为0.6～0.9:0.05～0.3:1。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述粉煤灰的粒度为100目以上。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述成孔剂包括硬脂酸、煤粉、稻壳和淀粉中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中烧结的温度为960～1200℃，烧结的时间为10～60min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中无机酸溶液的浓度为0.5～3mol/L。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中浸泡的温度为15～25℃，浸泡的时间为20～26h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中焙烧的温度为500～600℃，焙烧的时间为2～4h。
9.权利要求1～8任意一项所述制备方法制备的改性粉煤灰陶粒，具有孔道结构，所述孔道的体积为改性粉煤灰陶粒体积的25～65%。
10.权利要求9所述改性粉煤灰陶粒在氨氮污水处理中的应用。
说明书
一种改性粉煤灰陶粒及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及环保材料技术领域，特别涉及一种改性粉煤灰陶粒及其制备方法和应用。
背景技术
随着国民经济的迅速发展，工业化进展加快和人们生活水平的提高，工业和人民群众所需用水量与水资源匮乏的矛盾加剧。我国水资源不足，人均不到世界水平的1/3，而且水污染情况愈加严重，因此开发使用高效的处理氨氮污水技术成为国民关注的热点。
传统水处理方法主要包括化学沉降、物理吸附、絮凝、过滤、催化降解和微生物分解等。其中，物理吸附以其价格低廉、工艺简单的特点，在工业中应用广泛，但利用物理吸附处理污水的选择性差。而近年来随着生物技术的进步，曝气生物滤池利用微生物作用处理效率高，并且选择性强，可持续利用而大受欢迎。因此，水处理用填料的特性优化成为物理吸附水处理和生物滤池研究的核心问题。
作为水处理用填料，其性能必须满足：第一，孔隙率高，这里的孔隙率是指开口气孔，即表面与内部充满三维贯穿的孔道，使污水经过时，弯弯曲曲的孔道兼具过滤和拦截污染物的作用;第二，力学强度高，能承受多次水流冲击不碎裂;第三，材料表面粗糙，比表面积大，易于微生物附着;第四，选择性强，即对某种特定的离子或污染物有很强的去除作用。综上所述，陶粒是作为水处理用填料的不二选择。
传统陶粒主要是由天然矿物合成，如页岩、硅藻土和粘土等，对矿物的需求量大，因此必须选用其他原料和制备工艺生产陶粒。现有技术中，多采用工业废弃物，如赤泥、钢渣、煤矸石、粉煤灰等。尤其是粉煤灰，主要由空心漂珠组成，本身孔隙率高比表面积大，成分与粘土相近，非常适合制备水处理用陶粒。虽然粉煤灰陶粒用于水处理填料文献也多有记载，但其多数都是以粉煤灰陶粒直接作为填料处理污水，污染物去除效果不好，选择性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对于污水中氨氮去除率高的改性粉煤灰陶粒及其制备方法和应用。
本发明提供了一种改性粉煤灰陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉煤灰、成孔剂和水混合，成球造粒得到混合球料;
(2)将所述步骤(1)得到的混合球料进行烧结，得到粉煤灰陶粒;
(3)将所述步骤(2)得到的粉煤灰陶粒用无机酸溶液浸泡，得到改性粉煤灰陶粒前驱体;
(4)将所述步骤(3)得到的改性粉煤灰陶粒前驱体焙烧，得到改性粉煤灰陶粒。
优选的，所述步骤(1)中粉煤灰、成孔剂和水的质量比为0.6～0.9:0.05～0.3:1。
优选的，所述粉煤灰的粒度为100目以上。
优选的，所述成孔剂包括硬脂酸、煤粉、稻壳和淀粉中的一种或多种。
优选的，所述步骤(2)中烧结的温度为960～1200℃，烧结的时间为10～60min。
优选的，所述步骤(3)中无机酸溶液的浓度为0.5～3mol/L。
优选的，所述步骤(3)中浸泡的温度为15～25℃，浸泡的时间为20～26h。
优选的，所述步骤(4)中焙烧的温度为500～600℃，焙烧的时间为2～4h。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备的改性粉煤灰陶粒，具有孔道结构，所述孔道的体积为改性粉煤灰陶粒体积的25～65%。
本发明还提供了上述技术方案所述改性粉煤灰陶粒在氨氮污水处理中的应用。
本发明提供了一种改性粉煤灰陶粒的制备方法。本发明将粉煤灰、成孔剂和水混合，成球造粒后进行烧结，得到具有莫来石和玻璃相结构的粉煤灰陶粒，提高粉煤灰陶粒制品的力学性能，再用无机酸溶液浸泡进行酸改性，通过酸化打开烧结过程中陶粒表面闭合的孔洞，同时增加粉煤灰陶粒的活性吸附中心，最后经过焙烧使改性离子固定附着在粉煤灰陶粒孔道和表面，使其对特定的污染物有去除作用，特别是对氨氮废水。实验结果表明，本发明提供的改性粉煤灰陶粒对氨氮废水处理3h后，氨氮去除率可达81.66%，与普通粉煤灰陶粒相比，氨氮去除率提高了57.7%。
本发明提供的制备方法操作简单、条件温和、工艺易控，适宜大规模工业推广。
