一种用于稀土矿区氨氮和重金属复合污染废水处理的交联改性复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种用于稀土矿区氨氮和重金属复合污染废水处理的交联改性复合材料及其制备方法和应用，属于污水处理技术领域。本发明专利技术通过加入烯酸类单体对钠化沸石和皂素改性累托石进行改性，在预聚合的过程中，烯酸类单体能够形成长链状化合物，从而增大累托石的层间距和沸石的孔道，增大复合材料对重金属和氨氮的吸附性能；在本发明专利技术中，丙烯酰胺类交联剂能够使复合材料形成立体的空间网状结构，提高复合材料的吸附容量。本发明专利技术通过使用丙烯酰胺基物质对钠化沸石和皂素改性累托石进行交联，还能够改善累托石在水中悬浮的问题，使其易于废水分离。同时，丙烯酰胺类交联剂具有亲水性，使复合材料更易吸附水中的污染物。

【技术实现步骤摘要】
一种用于稀土矿区氨氮和重金属复合污染废水处理的交联改性复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及污水处理
，特别涉及一种用于稀土矿区氨氮和重金属复合污染废水处理的交联改性复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
离子型稀土开采过程中浸矿剂硫酸铵的应用和稀土矿区伴生的重金属泄露可能会造成矿区地表水体氨氮和重金属复合污染，其中重金属污染主要以镉离子和铅离子为主。目前稀土尾水末端氨氮治理主要应用的技术为双级渗滤耦合生物法，而重金属的污染会对微生物造成危害，因此需要在稀土尾水前端对重金属进行应急拦截；在对重金属进行拦截时，如果能够去除部分氨氮，则可以降低稀土尾水末端的氨氮冲击负荷。在污水处理时，重金属离子的去除多采用吸附法。目前常用的重金属、氨氮污染吸附材料主要有离子交换树脂等，但是这些吸附材料价格昂贵，限制了其应用。常用的廉价氨氮吸附材料有沸石、累托石、硅藻土、生物炭等，但是对于稀土矿区的氨氮和重金属复合污染废水，它们不能起到良好的吸附效果，比如沸石对氨氮吸附性能好，但是对于重金属吸附能力较差，而累托石则吸附重金属性能较好，对氨氮吸附性能极差。同时，累托石的使用不利于稀土矿区实际应用时吸附材料与污水分离。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种用于稀土矿区氨氮和重金属复合污染废水处理的交联改性复合材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的用于稀土矿区氨氮和重金属复合污染废水处理的交联改性复合材料能同时去除废水中的氨氮和重金属离子，且具有较高的去除率，易于分离。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种用于稀土矿区氨氮和重金属复合污染废水处理的交联改性复合材料的制备方法，包括以下步骤：将钠化沸石、皂素改性累托石、烯酸类单体、碱性物质、引发剂、丙烯酰胺类交联剂与水混合进行预聚合反应，再升温进行交联反应，得到用于稀土矿区氨氮和重金属复合污染废水处理的交联改性复合材料。优选的，以质量百分含量计，所述钠化沸石、皂素改性累托石、烯酸类单体、引发剂、丙烯酰胺类交联剂的含量为：优选的，所述烯酸类单体为丙烯酸、乙烯基乙酸和甲基丙烯酸中的一种或几种。优选的，所述丙烯酰胺类交联剂为N,N-亚甲基双丙酰胺；所述引发剂为过氧化物引发剂。优选的，所述钠化沸石的粒径为48μm～1mm，所述皂素改性累托石的粒径为20～100目。优选的，所述皂素改性累托石的制备方法，包括以下步骤：将皂素水溶液和累托石混合，得到皂素改性累托石；所述皂素水溶液的浓度为0.1～20g/L；所述累托石的质量与皂素水溶液的体积比为1g：2～100mL。优选的，所述预聚合反应的温度为30～50℃，时间为20～40min。优选的，所述交联反应的温度为60～80℃，时间为60～240min。本专利技术提供了上述制备方法制备得到的用于稀土矿区氨氮和重金属复合污染废水处理的交联改性复合材料。本专利技术提供了用于稀土矿区氨氮和重金属复合污染废水处理的交联改性复合材料在吸附氨氮和/或金属中的应用。本专利技术提供了一种用于稀土矿区氨氮和重金属复合污染废水处理的交联改性复合材料的制备方法，包括以下步骤：将钠化沸石、皂素改性累托石、烯酸类单体、碱性物质、引发剂、丙烯酰胺类交联剂与水混合进行预聚合反应，再升温进行交联反应，得到用于稀土矿区氨氮和重金属复合污染废水处理的交联改性复合材料。本专利技术以钠化沸石、皂素改性累托石作为吸附材料，其中，皂素改性累托石中含有皂素基团，能够破坏水中以游离态氨氮、氢簇态氨氮存在的氨氮并与其结合，从而提高沸石对氨氮吸附性能，并且皂素在前期负载于累托石上能够避免废水吸附过程中应用大基团表面活性剂堵塞沸石孔道。本专利技术通过加入烯酸类单体对钠化沸石和皂素改性累托石进行改性，在预聚合的过程中，烯酸类单体能够形成长链状化合物，从而增大累托石的层间距和沸石的孔道，增大提升复合材料对重金属和氨氮的吸附性能；在本专利技术中，丙烯酰胺类交联剂能够使复合材料形成立体的空间网状结构，提高复合材料的吸附容量。本专利技术通过使用丙烯酰胺基物质对钠化沸石和皂素改性累托石进行交联，还能够改善累托石在水中悬浮的问题，使其易于废水分离。同时，丙烯酰胺类交联剂具有亲水性，使复合材料更易吸附水中的污染物。实施例结果表明，当稀土矿区地表水中初始氨氮浓度为14.3～55.50mg/L、初始镉浓度为8.85～18.6μg/L、初始铅浓度为173～1100μg/L时，本专利技术提供的复合材料对氨氮、镉、铅的去除率均为100％。同时，本专利技术提供的制备方法操作简单，易于实现工业化批量生产。具体实施方式本专利技术提供了一种用于稀土矿区氨氮和重金属复合污染废水处理的交联改性复合材料的制备方法，包括以下步骤：将钠化沸石、皂素改性累托石、烯酸类单体、碱性物质、引发剂、丙烯酰胺类交联剂与水混合进行预聚合反应，再升温进行交联反应，得到用于稀土矿区氨氮和重金属复合污染废水处理的交联改性复合材料。在本专利技术中，以质量百分含量计，所述钠化沸石、皂素改性累托石、烯酸类单体、引发剂、丙烯酰胺类交联剂的含量优选为：以质量百分含量计，本专利技术所用钠化沸石的含量优选为40～50％，更优选为42～48％，进一步优选为45％。在本专利技术中，所述钠化沸石的密度优选为1.5～3g/cm3，粒径优选为48μm～1mm，更优选为100～800μm，进一步优选为300～600μm。本专利技术对所述钠化沸石的来源没有特殊的要求，使用本领域市售的钠化沸石或自行制备均可，当自行制备所述钠化沸石时，所述制备方法优选包括以下步骤：将钠盐水溶液与沸石搅拌混合，进行固液分离，所得固体进行干燥，得到钠化沸石。在本专利技术中，所述钠盐优选为氯化钠、硅酸钠、氯酸钠、碳酸钠、硫酸钠、碳酸氢钠、硝酸钠和硫代硫酸钠中的一种或几种；所述钠盐水溶液的浓度优选为0.01～5mol/L，更优选为0.1～3mol/L，进一步优选为0.5～2mol/L。在本专利技术中，所述沸石优选为天然斜发沸石。在本专利技术中，所述沸石的质量与钠盐水溶液的体积比优选为1g：2～100mL，更优选为1g：10～60mL。在本专利技术中，所述搅拌混合的速率优选为100～300rpm，更优选为150～250rpm。在本专利技术中，所述搅拌混合的温度优选为0～100℃，更优选为20～70℃，进一步优选为30～50℃；所述搅拌混合的时间优选为10～720min，更优选为30～360min，进一步优选为60～240min。本专利技术对所述固液分离的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的固液分离的方式即可，具体的如过滤。在本专利技术中，所述干燥的温度优选为20～80℃，更优选为30～50℃，时间优选为12～36h，更优选为18～24h。以质量百分含量计，本专利技术所用皂素改性累托石的含量优选为30～40％，更优选为32～38％，进一步优选为35％。在本专利技术中，所述皂素改性累托石的粒径优选为20～100目，更优选为40～80目。在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于稀土矿区氨氮和重金属复合污染废水处理的交联改性复合材料的制备方法，包括以下步骤：/n将钠化沸石、皂素改性累托石、烯酸类单体、碱性物质、引发剂、丙烯酰胺类交联剂与水混合进行预聚合反应，再升温进行交联反应，得到用于稀土矿区氨氮和重金属复合污染废水处理的交联改性复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于稀土矿区氨氮和重金属复合污染废水处理的交联改性复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将钠化沸石、皂素改性累托石、烯酸类单体、碱性物质、引发剂、丙烯酰胺类交联剂与水混合进行预聚合反应，再升温进行交联反应，得到用于稀土矿区氨氮和重金属复合污染废水处理的交联改性复合材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以质量百分含量计，所述钠化沸石、皂素改性累托石、烯酸类单体、引发剂、丙烯酰胺类交联剂的含量为：





3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述烯酸类单体为丙烯酸、乙烯基乙酸和甲基丙烯酸中的一种或几种。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述丙烯酰胺类交联剂为N,N-亚甲基双丙酰胺；所述引发剂为过氧化物引发剂。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钠化沸石的粒径为48μm～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴祥，王玉荣，周志高，丁昌峰，王军锋，
申请(专利权)人：中国科学院南京土壤研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32