专利名称：一种废物基磁性复合材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种废物基磁性复合材料的制备方法。属于废物资源化利用及环保工程技术领域。
背景技术：
电镀行业中，电镀废水的组分复杂，主要含有铬、锌、铜、镉、铅、镍、金、银等重金属离子，且大部分浓度较高。据不完全统计，全国电镀厂每年排放废水达40亿立方米。排放未处理达标的电镀废水会对水体造成极大危害，从而污染农作物、危害人类和环境。目前针对电镀废水的处理方法主要包括化学沉淀法、吸附法、离子交换法和生物处理技术。化学沉淀法操作简单，但所产生的电镀污泥成分复杂，处理困难，难以达到重金属回收的目的；吸附法是利用吸附剂的独特结构去除重金属离子的一种有效方法，可用于处理电镀废水的吸附剂有活性炭、腐植酸、海泡石、聚糖树脂等，但吸附剂难于再生，同样无法达到重金属回收的目的；离子交换树脂主要有凝胶型和大孔型，前者具有选择性，后者制造复杂、成本较高、再生剂耗量大，因而在应用上受到限制；生物处理技术尚不成熟，不适宜大规模处理成分复杂的电镀废水。高炉瓦斯灰作为钢铁行业主要固体排放物之一，是由炼铁高炉在炼铁过程中随高炉煤气(亦称瓦斯)带出的原燃料的粉尘以及高温区激烈反应而产生的微粒，其主要成份为碳粒、单质铁及其氧化物，此外还含有Si02、Al2O3等。我国的钢铁产量近年跃居世界首位，炼铁高炉瓦斯灰总产量相当大，以铁产量的1.7%计，全国每年约产生高炉瓦斯灰1000多万吨。国内在开发利用高炉瓦斯灰方面已进行一定的尝试，如攀钢公司钢研院将瓦斯灰中的有价成分(Fe、C和 Zn)进行分离，使其中的Fe、C和Zn含量分别富集到>45%、>75%和>10%ο对高炉瓦斯灰更多的利用方式则是直接将其作为水泥原料、粘土改良剂或生产免烧砖等，但这些方法回收费用较大，程序复杂，经济效益不明显。因此，本发明拟利用电镀废水和高炉瓦斯灰两类废物通过混合高铝水泥制备新型磁性复合材料，达到两类废物的综合利用，净化重金属废水并使其重金属浓度达到排放标准，实现废物的资源化和无害化，为电镀废水和高炉瓦斯灰废物的综合利用探索出一条新途径。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种废物基磁性复合材料的制备方法，这是一种综合利用电镀废水和高炉瓦斯灰废物资源化的方法。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种废物基磁性复合材料的制备方法，该方法以含有重金属离子的电镀废水、高铝水泥、以及高炉瓦斯灰作为原料，具体步骤为:
a.高炉瓦斯灰经干燥、研磨、过200目筛，备用；高铝水泥经干燥、研磨备用；
b.将含有二价重金属离子的电镀废水和步骤a所得高铝水泥按溶液中二价金属离子与三价金属离子的摩尔比为2: f 4:1的比例范围混合，搅拌均勻，并调节pH为8、；
c.将过量的步骤a所得高炉瓦斯灰加入到步骤b所得混合液中；超声振荡1(T20min混合均匀形成悬浮液；
d.将步骤c所得悬浮液倒入聚四氟乙烯反应罐中，采用微波水热法在130 150°C温度范围内，反应30 60 min ；
e.自然冷却至室温，采用磁铁分离悬浮固体，并洗涤，过滤，经干燥后，所得粉体即为废物基磁性材料；所得上清液应用上述方法进一步循环处理。上述步骤b中的二价金属离子为-M2+、Zn2+、Cu2+，三价金属离子为Al3+。上述的高铝水泥中的Al2O3质量分数为50%。与现有技术相比，本发明具有如下的突出的特点和显著的优点:
本发明方法拟通过微波水热法制备废物基磁性复合材料，方法简单易行，重点在于对重金属废水的高效净化和废物材料的利用。利用本发明将电镀废水经多次循环处理既可制备废物基磁性复合材料，又能使处理后的电镀废水重金属含量满足国家污水排放标准。
图1为实施例2中微波水热法合成产物的X射线衍射图。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的具体实施方式
做进一步的描述。实施例1:
a.高炉瓦斯灰经干燥、研磨、过200目筛，备用；高铝水泥经干燥、研磨备用。b.1OOml烧杯中，将特征离子为Ni2+ (5500 mg/L)的电镀废水和步骤a所得高铝水泥按溶液中Ni2+与Al3+的摩尔比为2:1的比例(电镀废水20 ml，高铝水泥0.095 g)混合，搅拌均勻，用30%氨水调节pH=8 ；
c.将稍过量的步骤a所得高炉瓦斯灰(0.5 g)加入到步骤b所得混合液中；超声振荡20 min混合均勻形成悬浮液；
d.将步骤c所得悬浮液倒入聚四氟乙烯反应罐中，并放入微波消解仪中，调节仪器温度T=133 0C,反应时间=45 min ；
e.自然冷却至室温，采用磁铁分离过剩高炉瓦斯灰，用去离子水洗涤悬浮固体3 4遍，过滤，经干燥后，所得粉体即为新型磁性复合材料。第一次净化后废水中Ni2+的含量为771.43 mg/L,去除率高达97%，并将净化后废水按上述步骤重复操作，第二次净化后废水中Ni2+的含量为0.34 mg/L，将可达到污水排放标准。·实施例2
本实例与实例I不同的是原料Ni2+与Al3+的摩尔比为3:1 (电镀废水20ml，高铝水泥0.064 g),高炉瓦斯灰0.33 go第一次净化后废水Ni2+的含量为670.09 mg/L,去除率高达88%，并将净化后废水按上述步骤重复操作，第二次净化后废水中Ni2+的含量为0.48 mg/L，将可达到污水排放标准。
实施例3
本实例与实例I不同的是原料Ni2+与Al3+的摩尔比为4:1 (电镀废水20ml，高铝水泥0.048 g)，高炉瓦斯灰0.250 g0第一次净化后废水Ni2+的含量为1032.17 mg/L,去除率高达81%，并将净化后废水按上述步骤重复操作，第二次净化后废水中Ni2+的含量为0.96mg/L，将可达到污水排放标准。实施例4
本实例与实例I不同的是原料用工业废水为特征离子为Zn2+ (4050 mg/L)的电镀废水，Zn2+与Al3+的摩尔比为3:1 (电镀废水20ml，高铝水泥0.0425 g)，高炉瓦斯灰0.22 g。第一次净化后废水Zn2+的含量为653.71 mg/L,去除率高达84%，并将净化后废水按上述步骤重复操作，第二次净化后废水中Ni2+的含量为1.28 mg/L，将可达到污水排放标准。实施例5
本实例与实例I不同的是原料用工业废水为特征离子为Cu2+ (400 mg/L)的电镀废水，Cu2+与Al3+的摩尔比为3:1 (电镀废水20ml，高铝水泥0.05 g)，高炉瓦斯灰0.023 g。第一次净化后废水Cu2+的含量为0.91 mg/L，去除率高达99%，可达污水综合排放标准。对实施例2所得产物的XRD 检测
对于得到的磁性复合材料进行XRD表征，图1为实施例2采用日本理学公司D/max-rA型X射线衍射仪测试微波水热法合成产物的X射线衍射图，通过分析衍射峰可知:(I)被束缚的重金属离子主要以氢氧化物和层状双金属氧化物(LDH)的形式存在；(2)高炉瓦斯灰主要以铁氧化物形式存在。
权利要求
1.一种废物基磁性复合材料的制备方法，其特征在于，该方法以含有重金属离子的电锻废水、闻招水泥、以及闻炉瓦斯灰作为原料，具体步骤为: a.高炉瓦斯灰经干燥、研磨、过200目筛，备用；高铝水泥经干燥、研磨备用； b.将含有二价重金属离子的电镀废水和步骤a所得高铝水泥按溶液中二价金属离子与三价金属离子的摩尔比为2: f 4:1的比例范围混合，搅拌均匀，并调节pH为8、； c.将过量的步骤a所得高炉瓦斯灰加入到步骤b所得混合液中；超声振荡1(T20min混合均匀形成悬浮液； d.将步骤c所得悬浮液倒入聚四氟乙烯反应罐中，采用微波水热法在130 150°C温度范围内，反应30 60 min ； e.自然冷却至室温，采用磁铁分离悬浮固体，并洗涤，过滤，经干燥后，所得粉体即为废物基磁性材料；所得上清液应用上述方法进一步循环处理。
2.根据权利要求1所述的一种废物基磁性复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤b中的二价金属离子为:Ni2+、Zn2+、Cu2+，三价金属离子为Al3+。
3.根据权利要求1所述的一种废物基磁性复合材料的制备方法，其特征在于，所述的高铝水泥中的Al2O3 质量分数为50%。
全文摘要
本发明涉及一种废物基磁性复合材料的制备方法，属于废物资源化利用及环保工程技术领域。本发明涉及综合利用电镀废水中的重金属离子和高炉瓦斯灰中的铁氧化物并通过高铝水泥的固定作用，采用微波水热法制备新型废物基磁性复合材料。利用本发明将电镀废水经多次循环处理既可制备废物基磁性复合材料，又能使处理后的电镀废水重金属含量满足国家污水排放标准。
文档编号C04B18/14GK103073252SQ20131000667
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月9日 优先权日2013年1月9日
发明者陈丹, 邵莉, 李杨, 马骁龙, 钱光人 申请人:上海大学