专利名称：用于重金属离子废水深度处理的无机复合颗粒及制备、应用方法
技术领域：
本发明涉及一种用于重金属离子废水深度处理的无机复合颗粒，还涉及一种用于重金属离子废水深度处理的无机复合颗粒的应用方法，属于复合材料领域。
背景技术：
重金属离子是一种常见又危害极大的污染物，会在生物体内逐渐沉积，影响的健康。电镀、电子、冶金等行业都会产生大量产生含重金属离子的废水。传统污水工程上多采用化学沉淀法，这种方法简单普遍且成本低廉，但处理深度不够，只能处理到几个ppm的浓度，离排放标准还有较大差距。活性炭材料能够迅速的深度处理重金属离子，但吸附容量很小，很容易饱和，因此吨水处理成本很高。离子交换材料如离子交换树脂、羟基磷灰石、 沸石等已经证明对于交换去除水中的重金属离子有较好的效果，但主要问题在于交换速度低，时间长，处理深度不够，暂时也没有实际的工程应用。螯合树脂、壳聚糖能够通过螯合或有机基团络合达到深度的处理效果，但由于价格昂贵，目前在国内还没能推广开来。由此可见，如何以较低成本达到深度处理效果是目前重金属离子废水处理中所面临的一个重要问题，本发明所提到的以碳质中间相和羟基磷灰石材料制备的复合颗粒提供了一个解决方法。羟基磷灰石是一种具有离子交换能力的无机材料，已经有很多研究将其用于去除水中的重金属离子，如公开号为CN101613135A的中国发明专利“一种利用纳米羟基磷灰石去除污水中重金属离子的方法”中提到向含有重金属离子的废水中加入纳米羟基磷灰石粉可以去除重金属离子。但单纯的羟基磷灰石用于重金属离子废水处理存在以下几个问题 1、粉状羟基磷灰石只能用于实验室的静置条件下，如果应用于实际流动的污水工程中，要不会随水流排出，要不会结块阻塞水流通过。2、静置的时间太长，一般需要十几个小时以上。3、处理深度还是不够，60ppm的初始浓度情况下，只达到90%以上的去除率，残余浓度仍有几个ppm，不能达到深度处理，达标排放的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于碳质中间相和羟基磷灰石成分的无机复合颗粒制备和应用方法，能够较低成本的深度去除水中的重金属离子。本发明采用的技术方案是
一种制备用于重金属离子废水深度处理的无机复合颗粒的方法，将碳质中间相粉和羟基磷灰石按质量比1-9 9-1的比例充分混合进行压制成颗粒状，在隔氧条件下按500-900 度温度烧结，并保温10-40min，然后自然冷却即得。所述羟基磷灰石为纳米级羟基磷灰石粉。所述碳质中间相粉的尺寸为小于等于100目。用于重金属离子废水深度处理的无机复合颗粒的应用方法，将无机复合颗粒填充在有机玻璃管中，将30-50ppm的含有金属离子的溶液，以lL/h的流速流经该颗粒，出水的浓度低于0. 2ppm，饱和吸附量达到10-110mg/g，达到效果。所述含有金属离子的溶液包括重铬酸钾、Cu2+溶液、Zn2+溶液或Ni2+溶液其中的一种。本发明利用碳质中间相的自烧结成孔特性和羟基磷灰石的离子交换能力相结合， 碳质中间相粉与纳米羟基磷灰石粉混合均勻，造粒烧结后。碳质中间相转化成活性炭成分， 与纳米羟基磷灰石在颗粒中均勻分布，并共同成孔，由此形成了一个同时具有物理吸附能力和离子交换能力的无机复合颗粒。复合颗粒的物理吸附能力主要是由碳质中间相烧结后转化而成的多孔活性炭成分贡献的，而离子交换能力则来源于纳米羟基磷灰石。物理吸附能力使得复合颗粒能在短时间内迅速捕捉水中低浓度的重金属离子，达到深度处理的效果，又使得颗粒内部重金属离子富集达到很高的浓度。这种内部高浓度的条件有利于纳米羟基磷灰石的离子交换速度，而多孔的结构使得纳米羟基磷灰石粉与水中重金属离子的接触面积增大，也加快了交换的速度。颗粒内部离子交换作用使得内部重金属离子浓度不断降低，打破了物理吸附的平衡，使得复合颗粒的吸附-交换过程不断的进行下去，达到了快速、深度和高容量的去除水中的重金属离子的效果。本发明的优点是它将活性炭的物理吸附能力与羟基磷灰石的离子交换能力复合在一起，既克服了活性炭容量低的缺点，也避免了羟基磷灰石离子交换速度慢深度低的劣势，达到了快速、深度和高容量的去除水中重金属离子的效果。活性炭和羟基磷灰石两种材料价格都较低，因而在相同处理能力条件下相对螯合树脂和改性壳聚糖等深度处理材料成本大大降低，具有明显的价格优势。而具有较高强度和一定尺寸的复合颗粒，也满足了实际工程对于材料的要求。
具体实施例方式一种制备用于重金属离子废水深度处理的无机复合颗粒的方法，将尺寸为小于等于100目碳质中间相粉和纳米级羟基磷灰石粉按质量比1-9 :9-1的比例充分混合进行压制成颗粒状，在隔氧条件下按500-900度温度烧结，并保温10-40min，然后自然冷却即得。实施例1
一种制备用于重金属离子废水深度处理的无机复合颗粒的方法，将尺寸为小于等于 100目碳质中间相粉和纳米级羟基磷灰石粉按质量比1 :9的比例充分混合进行压制成颗粒状，在隔氧条件下按500度温度烧结，并保温lOmin，然后自然冷却即得。实施例2
一种制备用于重金属离子废水深度处理的无机复合颗粒的方法，将尺寸为小于等于 100目碳质中间相粉和纳米级羟基磷灰石粉按质量比5 :5的比例充分混合进行压制成颗粒状，在隔氧条件下按600度温度烧结，并保温30min，然后自然冷却即得。实施例3
一种制备用于重金属离子废水深度处理的无机复合颗粒的方法，将尺寸为小于等于 100目碳质中间相粉和纳米级羟基磷灰石粉按质量比9 :1的比例充分混合进行压制成颗粒状，在隔氧条件下按900度温度烧结，并保温40min，然后自然冷却即得。实施例4将100目的碳质中间相粉与900目纳米羟基磷灰石以1 :9的质量比例混合均勻后，直接干法压制成直径5mm的圆片颗粒，隔氧条件下以500度烧结，保温lOmin，然后自然冷却即得。实施例5
将400目的碳质中间相粉与600目纳米羟基磷灰石以5:5的质量比例充分混合后，压制破碎再筛分得到20目的不规则颗粒，隔氧条件下600度烧结，保温20min。实施例6
将600目的碳质中间相粉与400目纳米羟基磷灰石以4 6的质量比例充分混合后，加 30%的水搅拌后用摇滚造粒机造粒，并筛分得到30目的球形颗粒，隔氧650度保温15min。实施例7
用制得的颗粒填充在有机玻璃管中，采用30ppm的重铬酸钾溶液，以lL/h的流速流经该颗粒，出水的Cr6+浓度低于0. 05ppm，饱和吸附量达到98mg/g。实施例8
用制得的颗粒填充在有机玻璃管中，采用50ppm的含Cu2+溶液，以lL/h的流速通过该颗粒，出水测不出Cu2+，饱和吸附量达到110mg/g。实施例9
用制得的颗粒填充在有机玻璃管中，采用40ppm的含Si2+溶液，以lL/h的流速通过该颗粒，出水浓度低于0. 04ppm，饱和吸附量达到50mg/g。实施例10
用制得的颗粒填充在有机玻璃管中，采用35ppm的含M2+的溶液，以lL/h的流速通过该颗粒，出水浓度达到0. 08ppm，饱和吸附量达到20mg/g。实施例11
用制得的颗粒填充在有机玻璃管中，采用50ppm的含Si2+溶液，以lL/h的流速通过该颗粒，出水浓度低于0. lppm，饱和吸附量达到30mg/g。实施例12
用制得的颗粒填充在有机玻璃管中，采用50ppm的含M2+的溶液，以lL/h的流速通过该颗粒，出水浓度达到0. lppm，饱和吸附量达到10mg/g。
权利要求
1.一种制备用于重金属离子废水深度处理的无机复合颗粒的方法，其特征是将碳质中间相粉和羟基磷灰石按质量比1-9 9-1的比例充分混合进行压制成颗粒状，在隔氧条件下按500-900度温度烧结，并保温10-40min，然后自然冷却即得。
2.根据权利要求1所述的一种制备用于重金属离子废水深度处理的无机复合颗粒的方法，其特征在于所述羟基磷灰石为纳米级羟基磷灰石粉。
3.根据权利要求1所述的一种制备用于重金属离子废水深度处理的无机复合颗粒的方法，其特征在于所述碳质中间相粉的尺寸为小于等于100目。
4.用于重金属离子废水深度处理的无机复合颗粒的应用方法，其特征在于将无机复合颗粒填充在有机玻璃管中，将30-50ppm的含有金属离子的溶液，以lL/h的流速流经该颗粒，出水的浓度低于0. 2ppm，饱和吸附量达到10-110mg/g，达到效果。
全文摘要
本发明涉及一种制备用于重金属离子废水深度处理的无机复合颗粒的方法，其特征是将碳质中间相粉和羟基磷灰石按质量比1-99-1的比例充分混合进行压制成颗粒状，在隔氧条件下按500-900度温度烧结，并保温10-40min，然后自然冷却即得。本发明的优点是它将活性炭的物理吸附能力与羟基磷灰石的离子交换能力复合在一起，既克服了活性炭容量低的缺点，也避免了羟基磷灰石离子交换速度慢深度低的劣势，达到了快速、深度和高容量的去除水中重金属离子的效果。活性炭和羟基磷灰石两种材料价格都较低，因而在相同处理能力条件下相对螯合树脂和改性壳聚糖等深度处理材料成本大大降低，具有明显的价格优势。
文档编号C02F1/42GK102180536SQ20111007225
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月24日 优先权日2011年3月24日
发明者李宇, 甘奇, 赵斌元 申请人:江苏陆博环保材料有限公司