申请日2016.11.30
公开(公告)日2017.05.31
IPC分类号C02F1/28; C02F1/52; B01J20/26; C02F101/20; C02F101/22
摘要
一种钢铁废水净化剂，它的化学成分为镁渣和聚丙烯酰胺，其质量百分比为：镁渣80‑95，聚丙烯酰胺5‑20，镁渣的化学成分为:aCaO‑bSiO2‑cAl2O3‑dMgO‑eFe2O3，其中a、b、c、d、e代表各组分的质量百分数，20≤a≤30，10≤b≤20，10≤c≤20，20≤d≤30，5≤e≤10;上述钢铁废水净化剂的制备方法主要是将镁渣机械破碎后用200目旋振筛筛选，放入球磨罐球磨，得到平均粒径100‑500um的粉末材料;将镁渣粉与聚丙烯酰胺粉末按比例混合，制得废水净化剂。本发明工艺设备简单，生产周期短，价格低廉，符合环保要求，适合于工业化生产，制得钢铁废水净化剂对重金属离子吸附量大，吸附速度快，吸附率高，后处理简单。
权利要求书
1.一种钢铁废水净化剂，其特征在于：它的化学成分为:镁渣和聚丙烯酰胺，其中镁渣和聚丙烯酰胺的质量百分比为：镁渣80-95、聚丙烯酰胺5-20。
2.根据权利要求1所述的钢铁废水净化剂，其特征在于：所述镁渣的化学成分为:aCaO-bSiO2-cAl2O3-dMgO-eFe2O3，其中a、b、c、d、e代表各组分的质量百分数，20≤a≤30，10≤b≤20，10≤c≤20，20≤d≤30，5≤e≤10。
3.权利要求1的钢铁废水净化剂的制备方法，其特征在于：
(1)将镁熔炼过程中产生的废渣按上述配比机械破碎后过筛，选取200目以下的粉末球磨，按15-20:1的球料比例加入直径6mm的不锈钢球，球磨转速300-400r/min，运转6-8个周期，每运转100-120min停20-30min，球磨25-48h后得到平均粒径100-500um的粉末材料;
(2)将步骤⑴中镁渣粉末与聚丙烯酰胺粉末按配比混合均匀，制得钢铁废水净化剂。
说明书
一种钢铁废水净化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于水处理领域，特别涉及一种废水净化剂及其制备方法。
背景技术
随着工业化的进一步推进，对含重金属离子(Cu2+、Pb2+、Cd2+、Cr4+、Zn2+等)的污水的处理要求越来越高，一旦重金属离子进入生物圈就会在生物体内富集，很难被代谢掉，它不仅破坏有机体的各种组织与器官，并且致毒、致癌。被卫生组织认为是人体健康的重要威胁之一。因此，污水中重金属离子的去除，显得格外重要与迫切。
目前研究较多的重金属离子去除方法有化学沉降、离子交换、吸附、膜滤。化学沉降应用最广，一般有碱沉降和硫离子沉降。但不同离子沉降的PH值不同，限制了该方法的应用;S2-的沉降能力优于碱沉降，但在酸性溶液中会产生有毒的H2S,造成二次污染，其应用也受到限制;Abo-Farha[Abo-Farha S A,et al.Removal of some heavy metal cations bysynthetic resin purolite C100.Journal of Hazardous Materials,2009,169(1):190-194]等研究的离子交换树脂对重金属离子的去除能力较强，但离子交换树脂的价格昂贵、对吸附之后的树脂处理时易带来二次污染，所以，离子交换树脂处理含重金属离子污水没有得到大规模应用;活性炭价格昂贵，使得它在重金属离子吸附领域的工业化应用受到限制，Kongsuwan[Kongsuwan A,et al.Binary component sorption of Cu(II)and Pb(II)with activated carbon from Eucalyptus camaldulensis Dehn bark.Journal ofIndustrial and Engineering Chemistry,2009,15(4):465-470]等研究的桉树皮活性炭，在一定程度上降低了活性炭的生产成本，但是当溶液中含有第二离子时其吸附能力大大下降;因滤膜对离子的选择透过性，对含有多种重金属离子的废水的净化需要多种滤膜，实用性不高，对滤膜的后处理难度大;龚红霞[龚红霞,等.Cu(II),Cr(VI)共存时四乙烯五胺功能化纳米Fe3O4磁性高分子材料的吸附机理探索.化学学报,2011,69(22):2673-2681]等研究的功能化纳米Fe3O4磁性材料，工艺复杂，成本高，吸附离子单一且对实验人员操作水平要求高，目前仅停留在实验室研究阶段。现在急需一种价格低廉，去除能力强，去除效率高的重金属离子去除方法或试剂。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种生产工艺简单，能有效利用镁渣的钢铁废水净化剂及其制备方法。
钢铁废水净化剂的化学成分为镁渣和聚丙烯酰胺，其中镁渣和聚丙烯酰胺的质量百分比为：镁渣80-95、聚丙烯酰胺5-20，镁渣的化学成分为:aCaO-bSiO2-cAl2O3-dMgO-eFe2O3，其中a、b、c、d、e代表各组分的质量百分数，20≤a≤30，10≤b≤20，10≤c≤20，20≤d≤30，5≤e≤10。
上述钢铁废水净化剂的制备方法如下：
(1)将镁熔炼过程中产生的废渣按上述配比机械破碎后过筛，选取200目以下的粉末球磨，按15-20:1的球料比例加入直径6mm的不锈钢球，球磨转速300-400r/min，运转6-8个周期，每运转100-120min停20-30min，球磨25-48h后得到平均粒径100-500um的粉末材料;
(2)将步骤⑴中镁渣粉末与聚丙烯酰胺粉末按配比混合均匀，制得钢铁废水净化剂。
镁渣的主要成分为CaO、SiO2、Al2O3、MgO、Fe2O3，若把镁渣用于水的净化，不仅消除了工业废渣的困扰且可创造一定的价值，一举多得。每一OH-离子含有三对孤对电子，可与带有正电荷的离子配位;聚丙烯酰胺中含有的大量的N和O，均具有较强的配位能力，可与重金属离子配位，达到共沉降的目的。将镁渣投入水中后，CaO与水反应生成的Ca(OH)2可以与某些重金属离子(如Cu2+、Pb2+等)形成不溶物，每一分子的不溶物中还含有孤电子对，它们可与重金属离子形成配位键，与之共沉降;Al2O3、MgO和Fe2O3与水结合生成的氢氧化物不仅可吸附重金属离子还可与重金属离子发生离子交换;SiO2与OH-反应生成的硅酸盐的水解产物硅酸起到吸附剂和絮凝剂的作用，增加重金属离子吸附量，加快不溶物的沉降速率;聚丙烯酰胺溶于水，氨基活性较高，可吸附不溶物也可吸附金属离子，同一分子链上的不同氨基吸附到不同固体颗粒上，沉降速率加快，聚丙烯酰胺与镁渣复合使用进一步去除重金属离子，达到安全排放的目的。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、对镁废渣进行有效利用，减轻环保压力，创造价值，符合可持续发展的要求;利用镁渣粉各成分之间的反应产物处理含重金属离子废水，方法巧妙，实用性强。
2、聚丙烯酰胺廉价易得，无污染，N、O配位能力强，对重金属离子的去除效果佳。
3、工艺设备简单，生产周期短，用球磨的方法使固体颗粒不断细化，比表面积不断增大，加快废水净化速率。
4、制得的废水净化剂对重金属离子吸附量大，吸附速度快，吸附率高。
5、价格低廉，操作简便，后处理简单，适用于工业化生产。
具体实施方式：
实施例1
选取化学成分为30CaO-20SiO2-20Al2O3-20MgO-10Fe2O3的镁渣，机械破碎，用200目旋振筛筛选之后，称取0.5g镁渣粗粉放入球磨罐，按15:1的球料比例加入直径6mm的不锈钢球，球磨参数：转速350r/min，运转6个周期，每运转120min停30min，球磨30h后得到平均粒径200um的粉末材料;按镁渣：聚丙烯酰胺=95:5的比例，将镁渣和聚丙烯酰胺混合均匀，制得钢铁废水净化剂。
取0.20g钢铁废水净化剂加入到20mL浓度为100mg/L的CuSO4水溶液中，室温下搅拌，并监测Cu2+的浓度，30min后Cu2+的吸附效率大于98.8%。
实施例2
选取化学成分为20CaO-20SiO2-20Al2O3-30MgO-10Fe2O3的镁渣，机械破碎，用200目旋振筛筛选之后，称取0.5g镁渣粗粉放入球磨罐，按20:1的球料比例加入直径6mm的不锈钢球，球磨参数：转速400r/min，运转8个周期，每运转100min停30min，球磨36h后得到平均粒径100um的粉末材料;按镁渣：聚丙烯酰胺=80:20的比例，将镁渣和聚丙烯酰胺混合均匀，制得钢铁废水净化剂。
取0.20g钢铁废水净化剂加入到20mL浓度为0.2g/L的Pb(NO3)2水溶液中，室温下搅拌，并监测Pb2+的浓度，30min后Pb2+的吸附效率大于99.2%。
实施例3
选取化学成分为30CaO-10SiO2-20Al2O3-30MgO-10Fe2O3的镁渣，机械破碎，用200目旋振筛筛选之后，称取0.5g镁渣粗粉放入球磨罐，按15:1的球料比例加入直径6mm的不锈钢球，球磨参数：转速350r/min，运转7个周期，每运转120min停20min，球磨25h后得到平均粒径300um的粉末材料;按镁渣：聚丙烯酰胺=85:15的比例，将镁渣和聚丙烯酰胺混合均匀，制得钢铁废水净化剂。
取0.20g钢铁废水净化剂加入到20mL浓度为0.05g/L的Cd(NO3)2水溶液中，室温下搅拌，并监测Cd2+的浓度，30min后Cd2+的吸附效率大于97.0%。
实施例4
选取化学成分为30CaO-20SiO2-10Al2O3-30MgO-10Fe2O3的镁渣，机械破碎，用200目旋振筛筛选之后，称取0.5g镁渣粗粉放入球磨罐，按20:1的球料比例加入直径6mm的不锈钢球，球磨参数：转速350r/min，运转个8周期，每运转120min停30min，球磨48h后得到平均粒径100um的粉末材料;按镁渣：聚丙烯酰胺=90:10的比例，将镁渣和聚丙烯酰胺混合均匀，制得钢铁废水净化剂。
取0.20g钢铁废水净化剂加入到20mL浓度为0.05g/L的Cr(NO3)4水溶液中，室温下搅拌，并监测Cr4+的浓度，30min后Cr4+的吸附效率大于97.1%。
实施例5
选取化学成分为30CaO-20SiO2-15Al2O3-30MgO-5Fe2O3的镁渣，机械破碎，用200目旋振筛筛选之后，称取0.5g镁渣粗粉放入球磨罐，按15:1的球料比例加入直径6mm的不锈钢球，球磨参数：转速300r/min，运转6个周期，每运转100min停20min，球磨30h后得到平均粒径500um的粉末材料;按镁渣：聚丙烯酰胺=85:15的比例，将镁渣和聚丙烯酰胺混合均匀，制得钢铁废水净化剂。
取0.20g钢铁废水净化剂加入到20mL浓度为0.1g/L的ZnSO4水溶液中，室温下搅拌，并监测Zn2+的浓度，30min后Zn2+的吸附效率大于98.2%。
