[發(fā)明專利]改進型粉煤灰沸石復(fù)合顆粒的制備方法

無效

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• 申請日: 2014-12-01
• 公開（公告）號: CN104437354A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張志劍;李鴻毅;李江麗;封代華
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: B01J20/18
• 分類號: B01J20/18;B01J20/30;B01J39/14;C02F1/28;C02F1/42
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種改進型粉煤灰沸石復(fù)合顆粒的制備方法。

背景技術(shù)

粉煤灰是火力發(fā)電廠的副產(chǎn)物，已成為中國主要工業(yè)固體廢棄物之一，威脅著國民經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，粉煤灰的處理處置和綜合利用已成為亟待解決的問題。粉煤灰的綜合利用在建筑、建材、交通方面占80％，但在環(huán)保及新材料等高附加值開發(fā)應(yīng)用方面比例不足5％，因而需要加大粉煤灰高新應(yīng)用技術(shù)研發(fā)的力度，提高粉煤灰的資源化及其綜合利用率。

水污染和環(huán)境破壞已成為制約我國國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一，其中水體富營養(yǎng)化已成為我國突出的一個水環(huán)境問題。控制外源性氮磷的輸入是水體富營養(yǎng)化的防治策略之一，尤其是營養(yǎng)型高濃度含氮磷廢水，如畜禽養(yǎng)殖廢水。此類廢水雖然可通過常規(guī)厭氧發(fā)酵處理降低污染排放強度，但厭氧發(fā)酵出水N、P濃度依然很高(NH₄⁺-N?500～1000mg/L，總磷-TP?60～500mg/L)。此外，食品工業(yè)廢水(COD?3000～41000mg/L，總氮-TN?100～1000mg/L，TP?20～300mg/L)、垃圾填埋場滲濾液(NH₄⁺-N高達2000mg/L以上)、化肥廠廢水(NH₄⁺-N高達3000mg/L)等氮磷負荷極高，現(xiàn)有的生物、化學(xué)和物理等技術(shù)手段雖可一定程度地實現(xiàn)廢水N、P的去除或回收，但處理成本高且技術(shù)要求苛刻。因此，開發(fā)高效、低成本、操作簡便的營養(yǎng)型高濃度廢水的氮磷去除及回收技術(shù)顯得十分必要。

吸附法是一種相對簡便的去除廢水N、P的物化方法，研發(fā)一種高效的氮磷吸附材料并勝任于營養(yǎng)型高濃度廢水氮磷去除與回收，這為實現(xiàn)廢水氮磷減排及控制水體富營養(yǎng)化具有重要意義。堿性水熱法將粉煤灰快速合成沸石復(fù)合顆粒，其產(chǎn)物的比表面積大大提高，吸附性能也明顯增強，具有良好的去除廢水中N、P營養(yǎng)物質(zhì)的能力，可以應(yīng)用于高氮磷濃度廢水的處理。但是各個火電廠的燃煤、發(fā)電工藝不同，其產(chǎn)生的粉煤灰形態(tài)、組分等各有差異，導(dǎo)致粉煤灰有效硅：鋁比(Si：Al)與合成沸石復(fù)合顆粒所需骨架Si：Al并不相匹配，直接影響合成沸石復(fù)合顆粒晶體結(jié)構(gòu)與性能。另外，粉煤灰本身的雜質(zhì)金屬離子容易占據(jù)合成沸石復(fù)合顆粒的活性點位，導(dǎo)致專性吸附與離子交換性能下降，削弱廢水氨氮與磷酸鹽的脫除和回收容量。因而，通過外源補充富含有效Si、Al的天然礦物原料以改善合成沸石復(fù)合顆粒晶體結(jié)構(gòu)與性能，輔助雜質(zhì)元素洗脫技術(shù)，同時耦合鈣鎂鹽改性技術(shù)以增強合成沸石復(fù)合顆粒的專性吸附與離子交換性能，生產(chǎn)出更高質(zhì)量和吸附性能優(yōu)越的復(fù)合材料，對提高廢水N、P營養(yǎng)物的去除和回收能力具有重要意義，同時也對提高粉煤灰綜合利用具有重要現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有粉煤灰合成沸石復(fù)合顆粒有關(guān)Si、Al有效性低、雜質(zhì)元素干擾、專性吸附/交換容量不足等技術(shù)缺陷，提供一種改進型粉煤灰沸石復(fù)合顆粒的制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明首先通過酸洗脫預(yù)處理去除粉煤灰中影響沸石形成的金屬雜質(zhì)成分，爾后通過添加富含Si和Al的礦物原料彌補其Si和Al有效性缺陷，在堿性水熱條件下合成沸石復(fù)合顆粒，再利用鈣鹽或鎂鹽改性技術(shù)提高復(fù)合顆粒的吸附與交換性能，最終得到改進型粉煤灰沸石復(fù)合顆粒。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：所述改進型粉煤灰沸石復(fù)合顆粒的制備方法，包括如下步驟：

(1)將粉煤灰烘干、研磨過60目篩后，與濃度為1～3mol/L的酸溶液按固液比1g：3mL攪拌混合，在60～100℃溫度下酸浸蝕反應(yīng)0.5～2h，冷卻后過濾分離，所得固體水洗至pH值為6～7，90℃下烘干；

(2)將經(jīng)步驟(1)酸預(yù)處理的粉煤灰與富含Si和Al的礦物原料混合，得灰-礦固體混合物，灰-礦固體混合物中Si：Al摩爾比為1～3：1；

(3)將灰-礦固體混合物與濃度為1～6mol/L的堿溶液按固液比1g：2～8mL的比例混合均勻，在80～120℃溫度下水熱反應(yīng)24～72h，得到粉煤灰沸石復(fù)合顆粒初級產(chǎn)品；

(4)將粉煤灰沸石復(fù)合顆粒初級產(chǎn)品與鈣鹽溶液或鎂鹽溶液按固液比1g：10mL混合，鈣鹽溶液或鎂鹽溶液的濃度均為0.5～2mol/L，常溫振蕩24h；

(5)將步驟(4)得到的產(chǎn)物經(jīng)過濾、去離子水洗滌，直至檢測洗滌液無Ca²⁺或Mg²⁺，再將顆粒物干燥，得到改進型粉煤灰沸石復(fù)合顆粒。

進一步地，本發(fā)明所述的富含Si和Al的礦物原料為硅藻土、高嶺土或兩者混合物。