一种纳米硅藻复合净水剂及其制备方法与流程

文档序号:20491155发布日期:2020-04-21 22:03阅读:980来源:国知局
本发明涉及一种纳米硅藻复合净水剂,具体涉及一种纳米硅藻复合净水剂及其制备方法。
背景技术
:随着国民经济的迅速发展,人类对资源开发利用活动的日益增加以及工农业的快速发展,城乡都产生了大量的地表水污染,琥珀富营养化问题突出;地下水受到点状或面状污染不仅降低了水体的使用功能,而且加剧了水资源供需的矛盾;生态破坏加剧的趋势未得到有效控制。严重的水污染不仅降低了水体的使用功能,而且加剧了水资源短缺的矛盾,对我国正在实施的可持续发展战略带来了严重的负面影响,而且还严重地威胁到城乡居民的饮水安全和人命群众的健康。为了我国的经济可持续发展,废水处理作为水污染防治和实现水资源可持续利用的重要工程技术手段之一,对保护水环境和缓解水质型水资源短缺问题具有重要的作用。传统的净水材料通常指在环保处理中使用的各种化学混凝、助凝剂,常用的有铝盐、铁盐、钙盐、聚丙烯酰胺等一些化学合成材料。这类化学合成材料的使用效果是得到行业内的充分肯定,但随着国家对环保要求的越加严格,过多使用化学合成材料的弊端就凸显出来了,而引起业内关注的主要在于两点,其一是很多化学合成材料的生产和使用过程就带来了明显的二次污染;其二就是化学合成材料大部分残留在污泥中导致了污泥处理难度更大更复杂,使污泥的有效利用带来难题,也抑制行业内很多污泥回收利用相关企业的发展,因此很多环保从事者都在追寻更贴近自然、环保、更经济、更高效的新型净水材料。硅藻土是由硅藻及其他微生物的硅质遗骸组成的生物硅质岩,成分为无定型二氧化硅与少量硅氧化物、氧化铝,硅藻土表面具有特殊的微孔结构,其比表面积的大小直接影响吸附性能,且比表面积与吸附量呈正比。硅藻土表面分布的大量硅羟基和氢键在水溶液中解离出h+,使硅藻土表现出一定的电负性,且电位绝对值很大,因此硅藻土对正电荷污染物吸附能力较大。目前,由于硅藻土具有性能稳定、耐酸、孔容大、孔径大、比表面积大、吸附性强等特点,已在污水处理多个领域用作吸附剂、载体制备、污泥脱水剂等。硅藻土原土表面微孔一部分被杂质覆盖,吸附点位被占据,溶液中的离子进入硅藻土孔道受到阻碍,这些都在一定程度上限制了硅藻土的吸附能力。因此,需要对硅藻土进行改性以提高其吸附能力。技术实现要素:为解决现有技术的不足,本发明的目的在于提供纳米硅藻复合净水剂及其制备方法。为实现上述目标,本发明采用如下技术方案:一种纳米硅藻复合净水剂,按重量份数计,包括以下组分:改性硅藻土70-80份,铝矿粉20-15份,铁矿粉5-10份。优选地,所述的纳米硅藻复合净水剂,按重量份数计,包括以下组分:改性硅藻土70-75份,铝矿粉20-18份,铁矿粉8-10份。优选地,所述的纳米硅藻复合净水剂,按重量份数计,包括以下组分:改性硅藻土70份,铝矿粉20份,铁矿粉10份。一种纳米硅藻复合净水剂的制备方法,包括以下步骤:(1)将天然硅藻矿粉进行机械研磨,并过80-100目筛,将过筛子后得到的硅藻土在温度650-750℃下,焙烧40-160min,随后冷却至室温;(2)将步骤(1)所得硅藻土按照每克硅藻土加入5ml浓度为0.2-0.6mol/l的硝酸溶液的配比,按所需进行配置,将上述溶液置于合适容器中并放入恒温水浴振荡器中,水浴温度为35-45℃,振荡时间为1.5-2h,结束后,过滤,用去离子水将滤渣洗至中性,在85℃下真空干燥6-8h,随后冷却至室温,将所得硅藻土再次进行机械研磨,并过80目筛,即得改性硅藻土;(3)将步骤(2)所得改性硅藻土,与铝矿粉、铁矿粉按照重量份数70-80:20-15:5-10混合,并机械研磨,过60目筛,即的本法米纳米硅藻复合净水剂。作为一种纳米硅藻复合净水剂的制备方法的进一步说明,所述步骤(1)中,硅藻土优选在650℃下,焙烧80min。作为一种纳米硅藻复合净水剂的制备方法的进一步说明,所述步骤(2)中,硝酸溶液的浓度优选为0.6mol/l。作为一种纳米硅藻复合净水剂的制备方法的进一步说明,所述步骤(3)中,改性硅藻土:铝矿粉:铁矿粉优选的重量份数为70:20:10。有益效果高孔硅藻由不导电的非晶体二氧化硅组成的硅藻壳体和超导的硅藻高孔硅藻组成,使硅藻表面形成不平衡电位和外墙电位。在处理过程时,加入微量纳米硅藻复合净水剂,在高速搅拌下,纳米硅藻复合净水机表面的补平衡电位能破坏污水中电离子圈,并中和悬浮离子的带电性,导致胶体颗粒和胶团结构的电位减少或为零。从而达到胶体颗粒脱离的目的,促使污水中的污染物快速物理吸附、絮凝、沉淀。同时加上纳米硅藻复合净水剂具有巨大的比表面积,巨大的孔体积和较强的吸附力,把超细微粒物质吸附到硅藻表面,形成链式结构,瞬间下沉与水体分离。本发明为一种以高纯度硅藻天然矿品为基体加入一定量的含铝、含铁矿品混合而成的纳米硅藻复合净水剂。本发明对天然硅藻矿品进行了焙烧和酸浸两种改性手段,以实现增加硅藻土孔径大小,比表面积和吸附能力等目的。在污水处理过程中加入本发明纳米硅藻复合净水剂,利用其具有巨大的比表面积和较强的吸附力,把超细微粒物质吸附到硅藻表面,在结合絮凝作用,促使污水中的污染快速屋里絮凝、沉淀,大幅度去除污染物及无机物等,提高污水的可生化性。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。实施例1一种纳米硅藻复合净水剂的制备方法,包括以下步骤:(1)将天然硅藻矿粉进行机械研磨,并过80-100目筛,将过筛子后得到的硅藻土在温度650℃下,焙烧80min,随后冷却至室温;(2)将步骤(1)所得硅藻土按照每克硅藻土加入5ml浓度为0.6mol/l的硝酸溶液的配比,按所需进行配置,将上述溶液置于合适容器中并放入恒温水浴振荡器中,水浴温度为40℃,振荡时间为1.5h,结束后,过滤,用去离子水将滤渣洗至中性,在85℃下真空干燥6-8h,随后冷却至室温,将所得硅藻土再次进行机械研磨,并过80目筛,即得改性硅藻土;(3)将步骤(2)所得改性硅藻土,与铝矿粉、铁矿粉按照重量份数70:20:10混合,并机械研磨,过60目筛,即的本法米纳米硅藻复合净水剂。实施例2为筛选出硅藻土最优化的焙烧温度和时间,探究了不同焙烧温度和时间处理对硅藻土的比表面积和净水能力的影响。首先,采用正交试验对焙烧温度和焙烧时间进行筛选,并对比未处理的天然硅藻土的比表面积。在每一组的焙烧温度和时间条件下,取20g天然硅藻土进行处理,用去离子水洗涤,然后80℃真空干燥6小时后冷却至室温,测定每一组处理后硅藻土的比表面积。结果如表1所示。表1不同焙烧温度和时间对硅藻土比表面积的影响未处理的天然硅藻土的比表面积为16.56m2/g。由表1可知,经过焙烧处理的硅藻土较之天然的硅藻土的比表面积都有明显的的增加;在焙烧时间较短的情况下(焙烧时间40min),随着焙烧温度的升高,硅藻土的比表面积逐渐增加,这可能是由于短时间内的高温可以更好的将硅藻土中的杂质、有机质给处理出来;在同等温度下,随着焙烧时间的增加,硅藻土的比表面积呈现先增加后减少的趋势,这可能是由于在焙烧80min时硅藻土中的杂质和有机质得到很好的处理,随着焙烧时间的增加导致硅藻土的骨架有部分坍塌,表面积有所下降;焙烧时间分别为80、120、160min时,随着温度的升高,硅藻土的比表面积呈现减少的趋势;由以上结果可知,本发明硅藻土最优选的焙烧温度为650℃,焙烧时间为80min。随后测试用上述不同焙烧温度和时间处理后的硅藻土和天然硅藻土处理废水后,废水中的cod浓度,并计算cod去除率,结果如表2所示。表2不同焙烧温度和时间处理后的硅藻土对废水中cod去除影响原废水中cod的浓度为800mg/l,天然硅藻土处理废水后cod的浓度为616mg/l,cod去除率为23.0%。由表2结果可知,经过焙烧处理的硅藻土较之天然的硅藻土的cod去除率都有明显的的增加;cod去除率随着焙烧温度和时间的变化与硅藻土的比表面积变化保持一致,说明,比表面积的增加有利于提升硅藻土的净水能力。综合以上结果可得,本发明硅藻土最优选的焙烧温度为650℃,焙烧时间为80min。实施例3为筛选出最优化的硝酸溶液浓度,探究了不同浓度硝酸溶液处理对硅藻土的比表面积和净水能力的影响。将天然硅藻土等重分成5组,编号为1-5组,1-5组分别为天然组、焙烧组、低浓度酸处理组(0.2mol/l)、中浓度酸处理组(0.4mol/l)、高浓度酸处理组(0.6mol/l)。其中2-4组硅藻土在温度为650℃下焙烧80min处理,随后,3-5组分别在浓度为0.2mol/l、0.4mol/l、0.6mol/l的硝酸溶液中进行酸浸处理。处理方法为:每克硅藻土加入5ml浓度为0.6mol/l的硝酸溶液的配比,按所需进行配置,将上述溶液置于合适容器中并放入恒温水浴振荡器中,水浴温度为40℃,振荡时间为1.5h,结束后,过滤,用去离子水将滤渣洗至中性,在85℃下真空干燥6-8h,随后冷却至室温;测试1-5组硅藻土的比表面积,并分别用1-5组硅藻土处理废水,测试废水处理后的cod浓度,并计算cod去除率,结果如表3所示。表3不同浓度硝酸溶液处理对硅藻土的比表面积和净水能力的影响组别比表面积(m2/g)cod去除率(%)116.5623.0231.2660.2331.9761.31433.0265.49535.8472.11由表3结果可知,经过酸浸处理后,焙烧过的硅藻土的比表面积都有增加,较之于天然硅藻土有明显的增加;随着硝酸浓度的增加,硅藻土的比表面积呈现增加的趋势,这可能是由于高浓度酸可以更好的溶解焙烧过的硅藻土中的杂质和有机质,对孔道进行二次造孔,增加孔道比表面积;并且硅藻土的井水能力也有明显提升,与比表面积呈现正相关关系;综合以上结果可得,本发明硅藻土最优选的硝酸溶液浓度为0.6mol/l。实施例4将实施例1所制得本发明纳米硅藻复合净水剂应用于鄯善第一污水处理厂:150000吨/日,主要为生活污水,使用后效果如下:测定项目单位处理前处理后处理效率codmg/l80025.196.86%氨氮mg/l704.8493.09%总氮mg/l12010.5991.18%总磷mg/l80.0799.13%ssmg/l2004.397.85%由上表可知,采用本发明纳米硅藻复合净水剂处理生活污水,cod、氨氮、总氮、总磷、ss均达到91%以上。当前第1页12
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