[发明专利]活性炭负载介孔硅酸钙复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及重金属废水处理领域，尤其是涉及一种用于重金属-有机物复合污染处理的活性炭负载介孔硅酸钙复合材料及其制备方法。

背景技术

重金属如铅、镉、汞、铬、铜、镍和类金属砷等对人、动植物和微生物产生显著毒性，不能被微生物降解，并易在生物体内富集而引起显著毒性效应，是一类对人类危害极大的污染物。重金属污染已成为全球性重大环境问题，重金属污染防治一直是国际环保界的难点和研究热点。我国正处于经济快速发展期，对重金属的采选、冶炼、加工和产品制造活动日益增多和深入，重金属污染问题逐渐凸显出来，并呈现高发态势。但随着人们对重金属资源开发利用的深入发展，易采选、加工的重金属矿日趋枯竭，目前主要是难于采选加工的有色金属矿，导致选冶工艺日趋复杂，所需选冶药剂不仅种类多，消耗量也大。由于我国对有色金属的采选、加工点多面广，因此，不仅重金属废水污染排放量大，而且污染成分复杂。实际重金属废水污染鲜有以单一成分存在的，多以多种重金属、重金属-无机污染物和重金属-有机污染物等复合污染形式存在。由于其中各种成分交互作用，产生的污染更严重，治理更困难。重金属在选冶加工过程的添加剂多以有机物为主，因此，排放的实际重金属废水污染主要是重金属-有机物复合污染。而迄今已研发的重金属废水处理方法，如化学沉淀法、离子交换法、反渗透、溶剂萃取、电化学方法、纳米过滤和吸附法等处理方法，都存在一些缺点，难以在实际重金属废水处理中推广应用。并且这些处理方法主要针对单一污染物，对废水中各成分的交互作用、相互影响机制研究甚少，致使对重金属复合污染中各成分的作用、相互影响和作用机制认识不清，从而制约了处理效果的提高和高效处理方法的研发。在这些方法中，吸附法因其处理效率高、操作简便、吸附材料来源广、处理成本较低等优点，在重金属的处理中得到广泛关注和重视，已成为重要的处理方法。活性炭是应用最广泛的吸附剂之一，活性炭比表面积大，一般达500～1500m²/g，对废水中多种有机和无机污染物都有较强的吸附作用，尤其是对有机物具有良好的吸附能力，但其对重金属离子的去除能力明显不足。介孔硅酸钙是由钙盐和硅酸盐在一定条件下生成的一种白色、质地坚硬的无机材料，具有密度小、强度高、耐高温、耐腐蚀等特点，并具有较高的比表面积、丰富的孔道结构和表面活性基团，因此，对多种重金属离子具有很高的吸附容量，是一般吸附材料所不能比拟的。

由于实际重金属废水多以复合污染物的形式存在，而现有处理方法主要是针对单一污染物，并且目前对复合污染物中各成分的交互作用、相互影响机制不甚明确，缺乏一步处理多种污染的方法。目前，采用吸附法处理这类废水，通常多采用不同类型吸附剂分步处理不同污染成分的方法，处理效率不高，效果不佳，工艺较复杂，成本较高。因此，研发新型对重金属和有机污染物均具有优良吸附性能的高效吸附剂，对提高重金属-有机物复合污染的处理效果，简化吸附处理工艺，降低处理工艺，推进实际重金属废水的治理具有重要意义。

发明内容

针对实际重金属废水多以复合污染的形式存在，而目前研发的处理方法基本上都是针对单一污染的现状，本发明的目的之一就是提供一种活性炭负载介孔硅酸钙复合材料，将活性炭对有机污染物具有优异吸附性能和硅酸钙对多种重金属具有较高的吸附容量集成到一种吸附剂中，其为黑色脆性多孔性材料，由钙盐与硅酸盐在活性炭存在下反应负载而成，兼具对重金属和有机物优异的吸附性能，为重金属-有机物复合污染的处理提供一种新型高效的吸附材料，其特点是：(1)硅酸钙负载在高比表面积的活性炭上，提高了硅酸钙的分散性和比表面积；(2)硅酸钙是在活性炭的存在下合成的，是以活性炭为依托，提高硅酸钙和活性炭的融合性和稳定性；(3)复合材料中同时含有硅酸钙和活性炭，因此兼具了优异的吸附重金属和有机物的能力，可实现对重金属-有机物复合污染的同步去除，提高对重金属-有机物复合污染的去除效果，简化吸附处理工艺，降低废水处理成本。

本发明的第二个目的在于提供上述活性炭负载介孔硅酸钙复合材料的制备方法，它包括如下步骤：

(1)将活性炭与蒸馏水按质量比为1.5～2∶1混合加入球磨罐中，然后按球料质量比为4～8∶1加入研磨介质，其中小球与大球比为4～8∶1，于500～600r/min转速下球磨2～4h，烘干，过筛备用；