一种聚氯化铝污泥基吸附剂产品的制备及其应用

技术领域

本发明涉及环境保护领域，尤其涉及一种聚氯化铝生产过程中产生的污泥资源化方法。

背景技术

聚氯化铝作为水处理中的高效絮凝剂，具有适应pH值范围宽、吸附活性高、澄清泥沙时间短和较少受水温影响等特点，广泛应用于浊度、磷酸盐、色度等的去除。目前生产聚氯化铝的方法很多，常用方法是铝矾土、氢氧化铝在盐酸体系种溶解，再与铝酸钙粉在一定条件下聚合反应后得到固液混合物，经过压滤后得到的液体为聚氯化铝，固体为聚氯化铝渣。目前我国年产约40万吨液体聚氯化铝，每生产1吨成品聚氯化铝就会产生100-150kg聚氯化铝渣，因此每年将会产生4-6万吨固体聚氯化铝渣。聚氯化铝渣呈黏稠状，具有弱酸性，如不处理会对环境产生极大危害。

目前，国内外对聚氯化铝废渣的主要处理方式是填埋和堆弃，不仅处理成本高，且污染环境，占用土地资源。许多技术人员正致力于回收废渣中有用物质(如镓)或将其用于制备其他材料做了一些尝试。如中国专利ZL201410572881.4提供一种从水处理剂聚氯化铝废渣脱氯处理液制取聚氯化铝的方法，主要包括对水处理剂聚氯化铝废渣进行水洗处理和碱洗处理，得到脱氯处理液和混合泥浆；将所述脱氯处理液置于三效四体强制循环蒸发设备中或MVR强制循环蒸发器中进行循环蒸发浓缩处理，制得液态聚氯化铝和冷凝水，该方法能够从水处理剂聚氯化铝废渣脱氯处理液回收利用聚氯化铝，但未对废渣进行资源化利用。中国专利ZL201610582037.9将聚氯化铝废渣、含铝原料、陶瓷纤维、结合剂、无机增稠剂和有机增稠剂混匀，加水搅拌，成型；烘干，热处理，制得基于聚氯化铝废渣的陶瓷纤维隔热材料。中国专利ZL201610084948.9提供了一种利用聚氯化铝生产残渣制备除氟剂的方法，将聚氯化铝生产残渣与碳酸钙和铝灰混合均匀，经焙烧后粉碎过筛制得。但该方法需要以铝灰为原料，同时制备工艺需要经过专门的设备进行焙烧。中国专利ZL201811600236.3提供一种利用水处理剂聚氯化铝废渣制取陶粒的方法，其步骤包括对聚氯化铝泥浆与生化污泥、粉煤灰进行混合造粒，得到待烧粒料，然后在温度为1000℃～1300℃温度下对所述待烧粒料进行烧制，冷却至室温后得到陶粒。由但该方法制备陶粒所需温度较高，能耗较高。中国专利ZL201810498229.0将聚氯化铝压滤残渣，加入一定量的水，然后按比例加入一定量的硫酸或硫酸钠改性剂，搅拌反应、烘干、粉碎至一定粒度，制备除磷吸附剂。但该方法加入硫酸，使得该吸附剂为强酸性吸附材料，用于处理废水会改变水体的pH值；同时该吸附剂为粉末状，因此在实际废水处理过程中无法回收再利用。中国专利ZL202010929177.5公开了一种聚氯化铝废渣干混砂浆及其制备方法，该干混砂浆包括以下质量份的原料：热活化聚氯化铝废渣、水泥、砂、粉煤灰、消泡剂、减水剂，以及聚合物乳液。但该专利种该聚氯化铝废渣用量占比很低，只有干混砂浆总量的4％-8％。中国专利ZL201510375835.X本发明公开了一种改性花生壳生物炭/聚氯化铝污泥复合吸附材料，是由农业固废花生壳和给水厂聚氯化铝污泥按下述工艺制备而成：花生壳改性、花生壳无氧热解、花生壳生物炭补氧、花生壳生物炭真空酸处理、聚氯化铝污泥改性、制备粘合剂、配制复合吸附材料。但该工业流程长，工艺复杂，较难实现工业化生产和应用。中国专利ZL201310486365.5以聚氯化铝废渣和赤泥为主料的免烧砖及其制备方法，该免烧砖的原料包括赤泥，聚氯化铝废渣，活性矿物材料，石灰，石膏，将各原料按配比关系进行混合均匀，加水搅拌混合，经压制成型、撒水养护制得。但该发明专利指标的产品密度较大，孔隙率极低，无法用于吸附剂。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种聚氯化铝生产过程中产生的污泥治理与资源化方法，以解决聚氯化铝渣堆放对环境产生危害的问题，并将其资源化利用，用于制备吸附剂。在综合利用聚氯化铝污泥的同时，缓解聚氯化铝污泥堆存处理带来的环境污染问题，并且将其资源化利用，制备重金属吸附剂，该吸附剂具有生产工艺简单，孔隙率高，对重金属的吸附去除率高，强度高，成本低廉。

本发明的技术方案是：以聚氯化铝副产污泥为主要原料，通过加入水、成型剂、造孔剂、粘结剂、改性剂制备成球型吸附剂。该吸附剂产品可以用于污水中重金属的吸附处理。本发明的吸附剂制备工艺流程图见图1。

进一步的，所述聚氯化铝污泥基重金属吸附剂产品，原料重量份数如下：聚氯化铝副产污泥50-85份，水5-30份，成型剂1-8份，造孔剂0-3份，粘结剂2-10份，改性剂0.1-2.0份。

进一步的，所述聚氯化铝污泥基重金属吸附剂产品，其制备工艺为，加聚氯化铝副产污泥、水、成型剂、造孔剂、粘结剂、改性剂混合均匀后，在造粒机中进行造粒，颗粒直径大小为3-8mm。造粒完成后，在烘箱中烘干进行偶联化反应，烘干温度控制在50-110℃之间，烘干时间为0.5-3h。

进一步的，所述聚氯化铝污泥基重金属吸附剂产品，其主要原料为聚氯化铝副产污泥，化学成分为：氧化铝含量5-30％，氧化铁含量1-15％，氧化硅含量20-50％，二氧化钛含量0-2％，氧化钙含量2-10％。

在制备吸附剂的过程中，为保证吸附剂内部具有多孔结构，本发明将多孔材料用作成型剂，致使吸附剂具有多孔结构，比表面积大，利于对重金属离子的吸附去除。进一步的，所述聚氯化铝污泥基重金属吸附剂产品，其成型剂为多孔粉末材料，其特征在于多孔粉末材料为粉末活性炭、粉末硅藻土、粉末膨胀蛭石、气相二氧化硅、高岭土中的一种或多种，孔隙率为80-95％，目数为200-2000目。优选地为粉末活性炭、粉末硅藻土、气相二氧化硅。

为了进一步扩充吸附材料的孔道结构，本发明加入造孔剂，造孔剂在烘干的条件下分解为二氧化碳和/或氮气，从而留下孔道，利于吸附剂多孔结构的改善。进一步的，所述聚氯化铝污泥基重金属吸附剂产品，其造孔剂为碳酸氢铵、偶氮二异丁腈、碳酰胺中的其中一种，优选地为碳酰胺。

在制备吸附剂的过程中，为了制得的吸附材料为球状颗粒，本发明将粘结剂加入其中，在成球机种完成成型。进一步的，所述聚氯化铝污泥基重金属吸附剂产品，其粘结剂为工程水泥、环氧树脂中的一种。其中工程水泥的型号为PO32.5、PO42.5、PO52.5中的一种或多种，优选地为PO42.5。环氧树脂为E35、E44、E51这三种中的一种环氧树脂，优选地为E44环氧树脂。

为了赋予吸附剂的功能特性，本发明将带有巯基功能基团的硅烷偶联剂用于改性球形颗粒吸附剂，使其对重金属离子具有强的吸附作用效果。进一步的，所述聚氯化铝污泥基重金属吸附剂产品，其改性剂为带有巯基功能基团的硅烷偶联剂，优选地为3-巯丙基三乙氧基硅烷或3-巯丙基三甲氧基硅烷中的其中一种或其组合，更优选地为3-巯丙基三甲氧基硅烷。进一步地，改性剂以无水乙醇为溶剂，配制成10-30％的浓度。

所述的聚氯化铝污泥基重金属吸附剂产品，其理化性能为：比表面积10-50m

进一步的，所述聚氯化铝污泥基重金属吸附剂产品，其用途用于污水中的重金属去除，所述的重金属包括：镉、铬、汞、砷、铅、锌、铜、镍、钴、锰、铊、银等。优选地为镉、汞、铅。

附图说明

【图1】为本发明的吸附剂制备工艺流程图。将聚氯化铝副产污泥与水、成型剂、造孔剂、粘结剂、改性剂充分混合均匀，在造粒机作用下进行造粒，在高温下进行偶联化反应。制备出吸附剂。

本发明的有益效果在于：

1、本发明本发明结合我国聚氯化铝污泥堆放产生的环境问题、利用率低的实际情况，充分利用聚氯化铝污泥的化学特性，以达到聚氯化铝污泥的资源化利用，解决了聚氯化铝污泥的排放对环境的污染问题。

2、本发明制备重金属吸附剂，对聚氯化铝污泥等工业副产物进行了综合利用，其环境效益突出，成本低，经济效益明显，完全可以实现工业化生产，同时开辟了聚氯化铝污泥利用的新途径，是以废治废的新突破。

3、本发明产品通过合适的原料配比，所得的重金属吸附剂生产工艺简单，孔隙率高，强度高，成本低廉，对重金属的吸附去除率高。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例(1)

在搅拌器种分别聚氯化铝副产污泥65份，水20份，成型剂2份，造孔剂1份，粘结剂4份，改性剂0.2份，混合均匀后，在造粒机中进行造粒，颗粒直径大小为5mm。造粒完成后，在烘箱中烘干进行偶联化反应，烘干温度控制在80℃，烘干时间为2h。其中成型剂为目数2000目粉末硅藻土，孔隙率为93％。造孔剂为碳酰胺；粘结剂为E44环氧树脂；改性剂为3-巯丙基三乙氧基硅烷，在乙醇中的浓度为20％。制备的吸附剂为样品A，该聚氯化铝污泥基重金属吸附剂产品，比表面积18m

实施例(2)

在搅拌器种分别聚氯化铝副产污泥80份，水30份，成型剂4份，造孔剂2份，粘结剂5份，改性剂0.3份，混合均匀后，在造粒机中进行造粒，颗粒直径大小为4mm。造粒完成后，在烘箱中烘干进行偶联化反应，烘干温度控制在90℃，烘干时间为3h。其中成型剂为目数1000目粉末活性炭，孔隙率为90％。造孔剂为偶氮二异丁腈；粘结剂为PO42.5工程水泥；改性剂为3-巯丙基三甲氧基硅烷，在乙醇中的浓度为30％。制备的吸附剂为样品B，该聚氯化铝污泥基重金属吸附剂产品，比表面积24m

实施例(3)

在搅拌器种分别聚氯化铝副产污泥70份，水20份，成型剂6份，造孔剂3份，粘结剂4份，改性剂0.1份，混合均匀后，在造粒机中进行造粒，颗粒直径大小为5mm。造粒完成后，在烘箱中烘干进行偶联化反应，烘干温度控制在70℃，烘干时间为2h。其中成型剂为目数325目气相二氧化硅，孔隙率为95％。造孔剂为碳酸氢铵；粘结剂为PO32.5工程水泥；改性剂为3-巯丙基三甲氧基硅烷，在乙醇中的浓度为30％。制备的吸附剂为样品C，该聚氯化铝污泥基重金属吸附剂产品，比表面积38m

实施例(4)

分别采用本发明实施例制备的样品A、样品B、样品C，分别对深圳某电镀厂电镀废水、东莞某电子行业废水中重金属进行处理，取废水1000mL，分别加入8g吸附剂样品A、样品B、样品C，废水中重金属原始浓度及采用样品A、样品B、样品C对重金属的去除率如表1所示。

表1、聚氯化铝污泥基重金属吸附剂产品对废水中重金属的去除率

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明配方及制备工艺可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。