申请日2015.06.29
公开(公告)日2015.09.30
IPC分类号B01J20/12; C02F1/62; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本发明公开了一种用于废水处理的赤泥复合材料的制备方法。该方法包括以下步骤：赤泥的预处理：将脱水后的赤泥破碎、研磨，然后过100-300目筛，得到赤泥粉末;赤泥的热活化处理：将得到的赤泥粉末焙烧，焙烧温度600～800℃，焙烧时间30～120分钟;制备纳米级铁基材料：向铁盐中加入还原剂，充分反应后，得到纳米级铁基材料;制备赤泥复合材料：将得到的焙烧赤泥粉末与得到的纳米级铁基材料充分混合，即得。本发明用于废水处理的赤泥复合材料可用于矿山废水、城市污水及自然水体中重金属的去除，本发明能部分解决赤泥的环境问题，降低环境修复的生产成本和使用成本，实现了以废治污的途径，具有良好的环境效益、经济效益和社会效益。
权利要求书
1.一种用于废水处理的赤泥复合材料的制备方法，其特征在于， 该方法包括以下步骤：
步骤一：赤泥的预处理：将脱水后的赤泥破碎、研磨，然后过 100-300目筛，得到赤泥粉末;
步骤二：赤泥的热活化处理：将步骤一得到的赤泥粉末焙烧，焙 烧温度600～800℃，焙烧时间30～120分钟;
步骤三：制备纳米级铁基材料：在铁盐水溶液中加入pH值调节剂 控制溶液pH值为3-5，并向铁盐水溶液中加入高分子分散剂，加入量为 1-10g/L，在室温充分搅拌下，将还原剂硼氢化钠水溶液加入到铁盐水 溶液中，铁盐与硼氢化钠的摩尔比为1:2-5，充分反应后，分别用蒸馏 水，丙酮洗涤，用磁选法选出，得到纳米级铁基材料;
步骤四：制备赤泥复合材料：将步骤二得到的焙烧赤泥粉末与步 骤三得到的纳米级铁基材料充分混合，即得。
2.根据权利要求1所述的用于废水处理的赤泥复合材料的制备方 法，其特征在于，在步骤一中，所述的赤泥为拜耳法赤泥、烧结法赤 泥、混联法赤泥。
3.根据权利要求1所述的用于废水处理的赤泥复合材料的制备方 法，其特征在于，所述的铁盐选自氯化铁、氯化亚铁、硫酸亚铁、硫 酸铁中的一种或一种以上。
4.根据权利要求1所述的用于废水处理的赤泥复合材料的制备方 法，其特征在于，所述的pH值调节剂为硫酸;所述的高分子分散剂为 聚吡咯烷酮。
5.根据权利要求1所述的用于废水处理的赤泥复合材料的制备方 法，其特征在于，在步骤四中，所述的焙烧赤泥粉末与纳米级铁基材 料混合的质量比为1～10:1。
6.根据权利要求1所述的用于废水处理的赤泥复合材料的制备方 法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一：赤泥的预处理：将脱水后的赤泥破碎、研磨，然后过200 目筛，得到赤泥粉末;
步骤二：赤泥的热活化处理：将步骤一得到的赤泥粉末焙烧，焙 烧温度750℃，焙烧时间80分钟;
步骤三：制备纳米级铁基材料：在硫酸亚铁水溶液中加入硫酸控 制溶液pH值为4，向硫酸亚铁水溶液中加入10g/L高分子分散剂聚吡咯 烷酮，在室温充分搅拌下，将硼氢化钠水溶液加入到硫酸亚铁溶液中， 硫酸亚铁与硼氢化钠的摩尔比为1:3，充分反应后，分别用蒸馏水，丙 酮洗涤，用磁选法选出，得到纳米级零价铁材料;
步骤四：制备赤泥复合材料：将步骤二得到的焙烧赤泥粉末与步 骤三得到的纳米级铁基材料充分混合，即得。
7.权利要求1-6任一项所述的制备方法所制备的用于废水处理的 赤泥复合材料。
8.权利要求7所述的赤泥复合材料在废水处理中的应用。
9.根据权利要求8所述的赤泥复合材料在废水处理中的应用，其 特征在于，所述废水处理中，控制水体的pH值范围为6-9，处理时间 为1-3小时。
10.根据权利要求8或9所述的赤泥复合材料在废水处理中的应 用，其特征在于，所述废水处理中，赤泥复合材料与所处理废水的质 量比为1:30～100。
说明书
一种用于废水处理的赤泥复合材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，更具体涉及一种去除废水中多种 重金属的赤泥复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
重金属废水来源广，水量大，持久性污染严重。废水中重金属能 在水生生物体内以及植物体组织内富集，通过饮用水和食物链的生物 积累等作用，最终对人体健康造成严重危害。以湘江流域为例，先后 发生了株洲镉污染事件、岳阳新墙河砷污染事件、浏阳镉污染事件。
随着我国氧化铝工业的高速发展，产生了大量的赤泥。赤泥堆存， 占用大量土地，赤泥的高碱性使土地碱化。赤泥堆场溃坝泄漏事故发 生时，造成巨大经济损失同时对人们群众的生命造成威胁。赤泥中污 染物渗漏污染土壤和地表水以及地下水。但赤泥中含有大量铝、铁、 硅等活性金属氧化物组分，是制备重金属吸附剂很好的原料，可以实 现以废治污的途径。
赤泥在修复重金属污染的土壤方面有广泛应用。CN101724404公 开了一种以赤泥为主体的重金属污染土壤的改良剂和植物与化学联合 修复方法，其原理在于赤泥能够钝化土壤中的重金属。CN102941221 公开了一种阻碍植物吸收重金属的方法，其中赤泥的作用是改变土壤 的pH值从而影响重金属在土壤中的赋存形态，降低土壤中重金属有效 态的含量。CN102107208公开了一种修复矿区重金属污染土壤的方 法，其中赤泥的添加能够与土壤中的铅锌发生化学反应并降低其生物 有效性。CN102234167公开了一种污水处理厂污泥中磷和重金属的固 稳方法，赤泥焙烧活化后能调节污泥的pH值，生成稳定的磷并降低了 污泥中铅、锌、镉可交换态含量。CN102172106公开了一种利用颗粒 化复合赤泥修复重金属污染土壤的方法，利用部分水化过程改性赤泥 材料对土壤中重金属进行化学改良修饰，结合其他土壤改良剂使用， 能降低生物有效态重金属含量。
与赤泥相关并涉及重金属废水处理的专利有如下几个： CN102603027公开了一种利用改性赤泥处理含锰废水的方法。它是利 用过氧碳酸钠对赤泥改性，以此改性赤泥作为吸附剂处理含锰废水， 可实现含锰废水的达标排放。CN101176840公开了一种铁改性赤泥作 为砷吸附剂的应用方法。以氧化铝工业废物赤泥为原料，采用铁盐改 性赤泥作为水质除砷吸附剂。但改性赤泥与水中砷质量比很大，在应 用中有局限性。CN101205088公开了一种海水冲洗赤泥作为除砷吸附 剂的应用方法，海水冲洗赤泥对砷(V)具有很好的吸附效果。 CN103566959公开了一种热处理赤泥催化剂的制备及其在水处理技 术中的应用，热处理可实现赤泥成分的优化重组，热活化赤泥能强化 臭氧对水中硝基苯的去处。CN102674511公开了一种用于印染废水处 理的复合絮凝剂的制备方法，赤泥经酸溶解后富含铝、铁等多种脱色 有效成分，赤泥是这种高效价廉絮凝剂的主要组分。CN101898128公 开了一种铝改性赤泥除氟吸附剂的制备和应用方法。采用酸性铝盐和 碱液对赤泥进行改性处理，再经焙烧，研磨，筛分可制得除氟吸附剂。 从有关资料检索来看，目前尚未见到赤泥或改性赤泥可用于多种重金 属废水处理的报道。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题就是如何降低去除废水中多种重金属的 成本，获得一种高效低成本的去除废水中多种重金属的材料，同时提 供上述材料的制备方法与应用。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种去除废水中多种重金 属的赤泥复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：赤泥的预处理：将脱水后的赤泥破碎、研磨，然后过 100-300目筛，得到赤泥粉末;
步骤二：赤泥的热活化处理：将步骤一得到的赤泥粉末焙烧，焙 烧温度600～800℃，焙烧时间30～120分钟;
步骤三：制备纳米级铁基材料：在铁盐水溶液中加入pH值调节剂 控制溶液pH值为3-5，并向铁盐水溶液中加入高分子分散剂，加入量为 1-10g/L，在室温充分搅拌下，将还原剂硼氢化钠水溶液加入到铁盐水 溶液中，铁盐与硼氢化钠的摩尔比为1:2-5，充分反应后，分别用蒸馏 水，丙酮洗涤，用磁选法选出，得到纳米级铁基材料;
步骤四：制备赤泥复合材料：将步骤二得到的焙烧赤泥粉末与步 骤三得到的纳米级铁基材料充分混合，即得。
优选地，在步骤一中，所述的赤泥(氧化铝工业废渣)为拜耳法 赤泥、烧结法赤泥、混联法赤泥。此类赤泥的比表面积为15-25m2/g， 平均孔径为4纳米。其中，控制脱水赤泥的含水量不高于4%。
优选地，所述的铁盐选自氯化铁、氯化亚铁、硫酸亚铁、硫酸铁 中的一种或一种以上。
优选地，所述的pH值调节剂为硫酸;所述的高分子分散剂为聚吡 咯烷酮。
采用上述铁盐和还原剂，本发明可得到的纳米级铁基材料包括纳 米零价铁、纳米级四氧化三铁、纳米级三氧化二铁中的一种或一种以 上。
上述纳米级铁基材料的粒径为5-40nm,其中，优选以硫酸亚铁为 铁盐，硼氢化钠为还原剂，制备纳米零价铁基材料，可实现更理想的 废水处理效果。
本发明所述的制备方法，所述纳米级铁基材料的制备是以还原剂 对铁盐进行还原处理得到，其中还原条件可依据铁盐及还原剂的反应 原理而定，具体为本领域技术人员所掌握，本发明对此不作特别限定。
优选地，在步骤四中，所述的焙烧赤泥粉末与纳米级铁基材料混 合的质量比为1～10:1，优选3:1。在该用量比下，能够实现对废水中 多种重金属的有效去除。
优选地，上述方法包括以下步骤：
步骤一：赤泥的预处理：将脱水后的赤泥破碎、研磨，然后过200 目筛，得到赤泥粉末;
步骤二：赤泥的热活化处理：将步骤一得到的赤泥粉末焙烧，焙 烧温度750℃，焙烧时间80分钟;
步骤三：制备纳米级铁基材料：在硫酸亚铁水溶液中加入硫酸控 制溶液pH值为4，向硫酸亚铁水溶液中加入10g/L高分子分散剂聚吡咯 烷酮，在室温充分搅拌下，将硼氢化钠水溶液加入到硫酸亚铁溶液中， 硫酸亚铁与硼氢化钠的摩尔比为1:3，充分反应后，分别用蒸馏水，丙 酮洗涤，用磁选法选出，得到纳米级零价铁材料;
步骤四：制备赤泥复合材料：将步骤二得到的焙烧赤泥粉末与步 骤三得到的纳米级铁基材料充分混合，即得。
本发明同时保护上述方法制备得到的赤泥复合材料，该赤泥复合 材料可用于去除废水中的铅、镉、铬、铜、锌、锑重金属，以及去除 废水中的砷、氟、磷元素，去除效果显著。
本发明还提供了上述赤泥复合材料在废水处理中的应用。
优选地，所述废水处理中，控制水体的pH值范围为6-9，处理时 间为1-3小时。
优选地，所述废水处理中，赤泥复合材料与所处理废水的质量比 为1:30～100，优选1:30～80，更优选1:50。
(三)有益效果
本发明将氧化铝工业废渣赤泥进行热活化，再加入纳米级铁基材 料，得到赤泥复合材料，用其处理含多种重金属废水，去除效率高， 并大大降低了吸附材料的生产和使用成本，具有很高的环境效益、经 济效益和社会效益。
