具有吸附和催化功能的改性粉煤灰及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种具有吸附和催化功能的改性粉煤灰及其制备方法和应用，其制备方法包括以下步骤：(1)将粉煤灰、氧化钙、铁粉分别烘干至恒重，粉碎后过200目以上的筛进行筛分；(2)将筛分出的粉煤灰、氧化钙和铁粉按质量比1：(0.5‑3)：(0.1‑1)均匀混合，送入650～850℃的加热炉，在惰性气氛下高温煅烧3～5小时；(3)煅烧结束后，冷却至室温，磨碎、过筛后得到改性粉煤灰。本发明专利技术制得的改性粉煤灰作为吸附剂不仅具有对重金属吸附能力强，吸附容量大，且能催化芬顿反应，可以促进降解土壤中的有机污染物，同时原料来源广泛，价格低廉，无二次污染，资源利用率高，在土壤修复领域有极高的实用价值，应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
具有吸附和催化功能的改性粉煤灰及其制备方法和应用
本专利技术属于土壤修复领域，尤其涉及一种具有吸附和催化功能的改性粉煤灰及其制备方法和应用。
技术介绍
我国受污染的耕地面积已达2619万公顷，超过整个东北三省的耕地面积；每年因重金属污染的粮食达1200万吨，相当于北京2000万人两年的口粮；而有机物污染也极为严重，在有机氯农药停用36年后，珠江三角洲表层土壤中有机氯农药检出率仍达97.85％。当前的土壤修复技术主要有植物修复和异位化学淋洗，它们存在着重金属和有机复合污染难修复，二次污染风险大等问题。中国2013年粉煤灰排放量约5.8亿吨，预计2020年将达到9亿吨，但是粉煤灰利用率长期低于30％，粉煤灰的堆积会占用大量土地，产生环境污染问题。渗透性反应墙(permeablereactivebarrier,PRB)技术是近些年国际上新兴的一种土壤、地下水原位修复技术该技术主要原理为PRB内的填料与迁移到此处的污染物发生物理化学反应，从而去除污染物，在和电动技术结合时形成(EK－PRB技术)，土壤中的有机物在电场中主要依靠电渗流的作用进行迁移，重金属在电场中主要依靠电迁移的作用进行迁移。该技术能较好的弥补单一电动修复技术的不足之处(只能使污染物迁移到阴阳极附近，很难再进一步去除污染物)。EK-PRB技术以修复周期短、修复效果较好、经济代价小和无二次污染等优点越来越受到研究学者的关注。其中PRB填料的选择是技术的关键之一，如今常见的填料是还原性铁粉，因为铁粉零价铁(Fe0)是一种化学还原性相当强的还原剂，可以同无机离子发生氧化还原反应，将迁移进来的重金属以不溶性化合物或单质的形式析出，达到重金属固定和封存的目的，对地下水中As、等均有很好的去除效果，已广泛应用于重金属污染地下水的修复。但是由于还原Fe价格较高但吸附效率较低，且容易随着地下水从PRB中流失造成二次污染。
技术实现思路
本专利技术的提供了一种具有吸附和催化功能的改性粉煤灰及其制备方法和应用，制得的改性煤粉灰吸附性能好、吸附容量大、对重金属吸附性能尤佳，将本专利技术的改性煤粉灰用作芬顿反应催化剂，能够有效降解有机污染物，无二次污染。一种具有吸附和催化功能的改性粉煤灰的制备方法，包括以下步骤：(1)将粉煤灰、氧化钙、铁粉分别烘干至恒重，送入粉碎机中粉碎后过200目以上的筛进行筛分；(2)将筛分出的粉煤灰、氧化钙和铁粉按质量比1：(0.5～3)：(0.1～1)均匀混合后，送入650～850℃的加热炉，在惰性气氛下高温煅烧3～5小时；(3)煅烧结束后，冷却至室温，磨碎、过筛后得到改性粉煤灰。作为一种优选实施方式，步骤(1)中，粉碎后过200目的筛进行筛分。作为一种优选实施方式，步骤(2)中，所述的粉煤灰、氧化钙和铁粉按质量比1：(0.5～3)：(0.1～0.5)混合。由于CaO在高温下会与粉煤灰表面的Si－O，Al－O键发生反应，使粉煤灰表面吸附活性增强，同时铁粉会镶嵌在改性粉煤灰的孔隙中，不容易从PRB中流失防止对土壤的二次污染，这样对重金属污染物有更好的吸附效果。在该比例范围内，对重金属污染物的吸附效果较好，而且节省铁粉用量，更经济，作为一种优选实施方式，步骤(2)中，所述的粉煤灰、氧化钙和铁粉按质量比1：(0.5～3)：(0.3～1)混合。随着铁粉比例升高，对有机污染物的催化降解作用会逐渐加强。综合考虑吸附效果与经济性，在该比例范围内更适合用于降解有机污染物。铁粉在高温中会镶嵌在粉煤灰的孔隙中，而不会使Fe过多进入土壤造成PRB填料的流失，这样也使得Fenton反应被控制在PRB的填料层中使得有机物降解更为集中，有助于高浓度有机物的处理，同时由于H2O2不稳定容易反应分解，而粉煤灰的多孔结构在H2O2加入后增加了与Fe接触面积使得Fenton反应进行更加迅速，也提高了反应的效率。作为一种优选实施方式，步骤(2)中，所述的惰性气氛为氮气、氩气或氦气中的一种。从成本角度考虑，优选氮气。作为一种优选实施方式，步骤(3)中，磨碎后过200目筛，得到改性粉煤灰。本专利技术还提供了一种具有吸附和催化功能的改性粉煤灰，所述的改性粉煤灰由上述制备方法制得。本专利技术进一步提供了一种上述改性粉煤灰的应用，将所述的改性粉煤灰作为吸附剂应用在土壤修复领域中。本专利技术的改性粉煤灰可以应用于有重金属和有机污染复合污染的土壤，并同时去除两类污染物，结合EK-Fenton-PRB技术在修复实际焦化厂的污染土壤，其中多环芳烃的平均去除率70％，Cd(II)的去除率为95％。本专利技术提供了废弃物粉煤灰再利用的新思路，将粉煤灰、氧化钙和铁粉作为原料，通过高温煅烧得到的改性粉煤灰作为吸附剂不仅具有对重金属吸附能力强，吸附容量大，且能催化芬顿反应，可以促进降解土壤中的有机污染物。同时原料来源广泛，价格低廉，无二次污染，资源利用率高，在土壤修复领域有极高的实用价值，应用前景广阔。附图说明图1为本专利技术具有吸附和催化功能的改性粉煤灰的制备方法流程示意图。具体实施方式下面结合附图与具体实施例对本专利技术进行阐述，但本专利技术不限于这些实施例。如图1所示，一种具有吸附和催化功能的改性粉煤灰的制备方法，包括以下步骤：S01、将粉煤灰、氧化钙、铁粉分别烘干至恒重，送入粉碎机中粉碎后过200目以上的筛进行筛分；S02、将筛分出的粉煤灰、氧化钙和铁粉按质量比1：(0.5～3)：(0.1～1)均匀混合后，送入650～850℃的加热炉，在惰性气氛下高温煅烧3～5小时；S03、煅烧结束后，冷却至室温，磨碎、过筛后得到改性粉煤灰。实施例1(1)将粉煤灰、氧化钙粉末、铁粉烘干至恒重，过200目筛；(2)按粉煤灰：氧化钙：铁粉＝1：1：0.3的重量比取粉煤灰、氧化钙、铁粉混合，装入瓷舟，置于马弗炉中在氮气气氛下于800℃高温煅烧3h；(3)将熔融后的粉煤灰冷却至室温，磨碎，过筛，得到成品。将0.1g实施例1制得的改性粉煤灰用于处理50mL含Cd(II)浓度为100ppm的模拟废水，在常温的条件下置于摇床中振荡吸附6h，过滤后测滤液中的Cd(II)浓度，计算吸附剂的吸附容量，实验重复三次。实验结果显示该方法制得的改性粉煤灰对Cd(II)吸附平均容量为49.9mg/g。将1g实施例1制得的改性粉煤灰用于处理100mL含亚甲基蓝浓度为500ppm的模拟废水，并加入0.3％H2O2100mL，控制pH为2-3，在常温的条件下置于摇床中振荡催化6h，过滤后测滤液中的亚甲基蓝浓度，重复三次实验测得其平均剩余浓度为0.0179ppm。实施例2(1)将粉煤灰、分析纯氧化钙粉末、还原性0价铁粉烘干至恒重、过200目筛；(2)按粉煤灰：氧化钙：铁粉＝1：1：0.5的重量比取粉煤灰，氧化钙，铁粉混合，装入瓷舟，置于马弗炉中在氮气气氛下于800℃高温煅烧3h；(3)将熔融后的粉煤灰冷却至室温，磨碎，过筛，得到成品。将0.1g实施例2制得的改性粉煤灰用于处理50mL含Cd(II)浓度为100ppm的模拟废水，在常温的条件下置于摇床中振荡吸附6h，过滤后测滤液中的Cd(II)浓度，计算吸附剂的吸附容量，实验重复三次。实验结果显示该方法制得的改性粉煤灰对Cd(II)吸附平均容量为48.45mg/g。将1g实施例2制得的改性粉煤灰用于处理100mL含亚甲基蓝浓度为50本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有吸附和催化功能的改性粉煤灰的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将粉煤灰、氧化钙、铁粉分别烘干至恒重，送入粉碎机中粉碎后过200目以上的筛进行筛分；(2)将筛分出的粉煤灰、氧化钙和铁粉按质量比1：0.5～3：0.1～1均匀混合后，送入650～850℃的加热炉，在惰性气氛下高温煅烧3～5小时；(3)煅烧结束后，冷却至室温，磨碎后过筛，得到改性粉煤灰。

【技术特征摘要】
1.一种具有吸附和催化功能的改性粉煤灰的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将粉煤灰、氧化钙、铁粉分别烘干至恒重，送入粉碎机中粉碎后过200目以上的筛进行筛分；(2)将筛分出的粉煤灰、氧化钙和铁粉按质量比1：0.5～3：0.1～1均匀混合后，送入650～850℃的加热炉，在惰性气氛下高温煅烧3～5小时；(3)煅烧结束后，冷却至室温，磨碎后过筛，得到改性粉煤灰。2.如权利要求1所述的改性粉煤灰的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，粉碎后过200目的筛进行筛分。3.如权利要求1所述的改性粉煤灰...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈彤，瞿铭良，林樱，肖晓辉，陈大栋，高孝国，黄瑞亭，严建华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33