一种改性粉煤灰陶粒及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种改性粉煤灰陶粒及其制备方法和应用。本发明专利技术将粉煤灰、成孔剂和水混合，成球造粒后进行烧结，得到具有莫来石和玻璃相结构的粉煤灰陶粒，提高粉煤灰陶粒制品的力学性能，再用无机酸溶液浸泡进行酸改性，通过酸化打开烧结过程中陶粒表面闭合的孔洞，同时增加粉煤灰陶粒的活性吸附中心，最后经过焙烧使改性离子固定附着在粉煤灰陶粒孔道和表面，使其对特定的污染物有去除作用，特别是对氨氮废水。实验结果表明，本发明专利技术提供的改性粉煤灰陶粒对氨氮废水处理3h后，氨氮去除率可达81.66％，与普通粉煤灰陶粒相比，氨氮去除率提高了57.7％。

【技术实现步骤摘要】
一种改性粉煤灰陶粒及其制备方法和应用
本专利技术涉及环保材料
，特别涉及一种改性粉煤灰陶粒及其制备方法和应用。
技术介绍
随着国民经济的迅速发展，工业化进展加快和人们生活水平的提高，工业和人民群众所需用水量与水资源匮乏的矛盾加剧。我国水资源不足，人均不到世界水平的1/3，而且水污染情况愈加严重，因此开发使用高效的处理氨氮污水技术成为国民关注的热点。传统水处理方法主要包括化学沉降、物理吸附、絮凝、过滤、催化降解和微生物分解等。其中，物理吸附以其价格低廉、工艺简单的特点，在工业中应用广泛，但利用物理吸附处理污水的选择性差。而近年来随着生物技术的进步，曝气生物滤池利用微生物作用处理效率高，并且选择性强，可持续利用而大受欢迎。因此，水处理用填料的特性优化成为物理吸附水处理和生物滤池研究的核心问题。作为水处理用填料，其性能必须满足：第一，孔隙率高，这里的孔隙率是指开口气孔，即表面与内部充满三维贯穿的孔道，使污水经过时，弯弯曲曲的孔道兼具过滤和拦截污染物的作用；第二，力学强度高，能承受多次水流冲击不碎裂；第三，材料表面粗糙，比表面积大，易于微生物附着；第四，选择性强，即对某种特定的离子或污染物有很强的去除作用。综上所述，陶粒是作为水处理用填料的不二选择。传统陶粒主要是由天然矿物合成，如页岩、硅藻土和粘土等，对矿物的需求量大，因此必须选用其他原料和制备工艺生产陶粒。现有技术中，多采用工业废弃物，如赤泥、钢渣、煤矸石、粉煤灰等。尤其是粉煤灰，主要由空心漂珠组成，本身孔隙率高比表面积大，成分与粘土相近，非常适合制备水处理用陶粒。虽然粉煤灰陶粒用于水处理填料文献也多有记载，但其多数都是以粉煤灰陶粒直接作为填料处理污水，污染物去除效果不好，选择性差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种对于污水中氨氮去除率高的改性粉煤灰陶粒及其制备方法和应用。本专利技术提供了一种改性粉煤灰陶粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将粉煤灰、成孔剂和水混合，成球造粒得到混合球料；(2)将所述步骤(1)得到的混合球料进行烧结，得到粉煤灰陶粒；(3)将所述步骤(2)得到的粉煤灰陶粒用无机酸溶液浸泡，得到改性粉煤灰陶粒前驱体；(4)将所述步骤(3)得到的改性粉煤灰陶粒前驱体焙烧，得到改性粉煤灰陶粒。优选的，所述步骤(1)中粉煤灰、成孔剂和水的质量比为0.6～0.9:0.05～0.3:1。优选的，所述粉煤灰的粒度为100目以上。优选的，所述成孔剂包括硬脂酸、煤粉、稻壳和淀粉中的一种或多种。优选的，所述步骤(2)中烧结的温度为960～1200℃，烧结的时间为10～60min。优选的，所述步骤(3)中无机酸溶液的浓度为0.5～3mol/L。优选的，所述步骤(3)中浸泡的温度为15～25℃，浸泡的时间为20～26h。优选的，所述步骤(4)中焙烧的温度为500～600℃，焙烧的时间为2～4h。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备的改性粉煤灰陶粒，具有孔道结构，所述孔道的体积为改性粉煤灰陶粒体积的25～65％。本专利技术还提供了上述技术方案所述改性粉煤灰陶粒在氨氮污水处理中的应用。本专利技术提供了一种改性粉煤灰陶粒的制备方法。本专利技术将粉煤灰、成孔剂和水混合，成球造粒后进行烧结，得到具有莫来石和玻璃相结构的粉煤灰陶粒，提高粉煤灰陶粒制品的力学性能，再用无机酸溶液浸泡进行酸改性，通过酸化打开烧结过程中陶粒表面闭合的孔洞，同时增加粉煤灰陶粒的活性吸附中心，最后经过焙烧使改性离子固定附着在粉煤灰陶粒孔道和表面，使其对特定的污染物有去除作用，特别是对氨氮废水。实验结果表明，本专利技术提供的改性粉煤灰陶粒对氨氮废水处理3h后，氨氮去除率可达81.66％，与普通粉煤灰陶粒相比，氨氮去除率提高了57.7％。本专利技术提供的制备方法操作简单、条件温和、工艺易控，适宜大规模工业推广。附图说明图1为本专利技术实施例1中改性粉煤灰陶粒的制备流程图；图2为本专利技术实施例1中改性粉煤灰陶粒的的SEM照片；图3为本专利技术实施例2中改性粉煤灰陶粒的的SEM照片；图4为本专利技术实施例3中改性粉煤灰陶粒的的SEM照片。具体实施方式本专利技术提供了一种改性粉煤灰陶粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将粉煤灰、成孔剂和水混合，成球造粒得到混合球料；(2)将所述步骤(1)得到的混合球料进行烧结，得到粉煤灰陶粒；(3)将所述步骤(2)得到的粉煤灰陶粒用无机酸溶液浸泡，得到改性粉煤灰陶粒前驱体；(4)将所述步骤(3)得到的改性粉煤灰陶粒前驱体焙烧，得到改性粉煤灰陶粒。本专利技术将粉煤灰、成孔剂和水混合，成球造粒得到混合球料。在本专利技术中，所述粉煤灰、成孔剂和水的质量比优选为0.6～0.9:0.05～0.3:1，更优选为0.7～0.8:0.1～0.2:1。在本专利技术中，所述粉煤灰的粒度优选为100目以上，更优选为200～500目，最优选为300～400目。在本专利技术中，所述成孔剂优选包括硬脂酸、煤粉、稻壳和淀粉中的一种或多种。在本专利技术中，所述成孔剂使混合球料在烧结过程中形成孔洞。本专利技术对所述混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备混合物料的技术方案即可。在本专利技术中，所述混合优选为球磨；所述球磨的球料比优选为1～3:1，更优选为1.5～2.5:1；所述球磨的时间优选为3～6h，更优选为4～5h。本专利技术对所述成球造粒的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的造粒的技术方案即可。在本专利技术中，所述混合球料的粒径优选为5～10mm，更优选为6～8mm。所述成球造粒后，本专利技术优选将得到的物料进行干燥，得到混合球料。本专利技术对所述干燥的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的干燥的技术方案即可。在本专利技术中，所述干燥优选为烘干；所述干燥的温度优选为40～50℃，更优选为42～46℃；所述干燥的时间优选为24～48h，更优选为30～40h。得到混合球料后，本专利技术将所述混合球料进行烧结，得到粉煤灰陶粒。在本专利技术中，所述烧结的温度优选为960～1200℃，更优选为980～1150℃，最优选为1050～1100℃；所述烧结的时间优选为10～60min，更优选为20～50min，最优选为30～40min。在本专利技术中，所述烧结过程中粉煤灰陶粒生成莫来石和玻璃相，提高了粉煤灰陶粒制品的力学性能。本专利技术优选在所述烧结完成后进行冷却，得到粉煤灰陶粒。本专利技术对所述冷却的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的冷却的技术方案即可。在本专利技术中，所述冷却优选为随炉自然冷却。得到粉煤灰陶粒后，本专利技术将所述粉煤灰陶粒用无机酸溶液浸泡，得到改性粉煤灰陶粒前驱体。在本专利技术中，所述无机酸溶液的浓度优选为0.5～3mol/L，更优选为1～2.5mol/L，最优选为1.5～2mol/L。在本专利技术中，所述无机酸优选为盐酸或硫酸。在本专利技术中，所述无机酸溶液的用量优选为没过粉煤灰陶粒。在本专利技术中，所述浸泡的温度优选为15～25℃，更优选为18～22℃；所述浸泡的时间优选为20～26h，更优选为22～24h。在本专利技术中，由于所述粉煤灰为工业尾矿，杂质复杂且含量较多，烧结过程中被堵塞在孔道中，经过酸改性使无机酸溶解了堵塞在粉煤灰陶粒孔洞和通道中原存的杂质，从而使孔洞和通道得以疏通；同时，半径小的H+置换出孔穴中半径大的阳离子，拓宽了孔穴的有效空间；此外，无机酸使得粉煤灰陶粒内部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性粉煤灰陶粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将粉煤灰、成孔剂和水混合，成球造粒得到混合球料；(2)将所述步骤(1)得到的混合球料进行烧结，得到粉煤灰陶粒；(3)将所述步骤(2)得到的粉煤灰陶粒用无机酸溶液浸泡，得到改性粉煤灰陶粒前驱体；(4)将所述步骤(3)得到的改性粉煤灰陶粒前驱体焙烧，得到改性粉煤灰陶粒。

【技术特征摘要】
1.一种改性粉煤灰陶粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将粉煤灰、成孔剂和水混合，成球造粒得到混合球料；(2)将所述步骤(1)得到的混合球料进行烧结，得到粉煤灰陶粒；(3)将所述步骤(2)得到的粉煤灰陶粒用无机酸溶液浸泡，得到改性粉煤灰陶粒前驱体；(4)将所述步骤(3)得到的改性粉煤灰陶粒前驱体焙烧，得到改性粉煤灰陶粒。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中粉煤灰、成孔剂和水的质量比为0.6～0.9:0.05～0.3:1。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述粉煤灰的粒度为100目以上。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述成孔剂包括硬脂酸、煤粉、稻壳和淀粉中的一种或多种。...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨艳茹，白庆伟，麻永林，吴锦绣，王军，乔伟超，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15