一种季铵盐阳离子改性飞灰及其制备方法

摘要

本发明公开了一种季铵盐阳离子改性飞灰吸附剂，其特征在于按如下步骤制备而得：在质量浓度为90%的醇溶液中，边缓慢滴加氨基硅烷偶联剂，边用醋酸调pH=3‑4，滴完后，继续搅拌至溶液透明，得质量分数为0.1%‑3%的氨基硅烷偶联剂溶液备用；称取上述制备的氨基硅烷偶联剂溶液，加入飞灰，室温搅拌30‑60分钟后，过滤，滤饼在50‑60℃干燥1‑3小时后，再在120℃恒温干燥反应1‑2小时，降温，得氨基硅烷偶联剂改性飞灰备用；将制备的氨基硅烷偶联剂改性飞灰与阳离子化试剂进行氮烷化反应，制备季铵盐阳离子改性飞灰吸附剂。吸附脱色实验证明，本发明的一种季铵盐阳离子改性飞灰较原飞灰相比，可明显提高染料与印染工业废水中有机染料的去除率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种阳离子吸附材料，特别是涉及一种用于染料与印染工业废水处理的季铵盐阳离子改性飞灰吸附剂及其制备方法。

背景技术

全世界有机染料的年产量高达70余万吨，其中大约12％的染料在生产与应用过程中以有色废水的方式被排放。由于染料废水组分复杂、色度深、以及COD和BOD值相对较高，直接排放必然会给环境造成严重污染，因此在排放前需要进行废水处理。常用染料废水也处理方法主要包括絮凝法、氧化法、生物法、吸附法等,其中，絮凝法产生的污泥量大且脱水困难，污泥处理运行成本高，且容易造成二次污染；氧化法能耗较大，COD去除率较低；生物法对染料废水的pH、温度等条件有一定的要求，难以适应水质波动大、染料种类多、毒性高的染料废水；吸附法具有设备投资与占地面积相对较少，操作简单和脱色效果优异的特点。在吸附法中，常用的吸附剂主要是活性炭和离子交换树脂。活性炭作为一种优良的吸附剂早已广泛应用于水处理中，至今仍然是有色染料废水的最好吸附剂，然而由于价格昂贵，因此一般只应用于浓度较低的染料废水处理；离子交换树脂对染料分子具有较强的吸附能力，但由于再生困难而导致废水处理成本较高，进而限制了其在染料废水处理中的推广应用，因此研制开发一种吸附性能优异、价格低廉的吸附剂一直是染料与印染工业废水处理研究领域的热点课题。飞灰又称粉煤灰,是燃煤电厂粉煤燃烧排放的废弃物，其主要化学成分为硅、铝、铁的氧化物以及一定量的钙、镁、硫氧化物，其中氧化硅、氧化铝、氧化铁总质量约占飞灰总质量的85％。飞灰是一种多孔性松散固体集合物，孔隙率一般为60%-75%，具有大量的微孔结构和较大的比表面积，而且来源广泛，价格低廉，吸附能力强，因此在废水处理时可用作吸附剂和絮凝剂使用。然而飞灰自身对印染废水中的染料吸附能力较弱，其吸附脱色能力难以满足印染废水对吸附剂性能的实际需要。

本发明的目的就是针对飞灰价廉易得，具有良好助滤性能的特点，开发一种对染料与印染工业废水中染料具有较强吸附脱色能力、且能满足固定床需要的季铵盐阳离子改性飞灰吸附剂及其制备方法。

发明内容

一种季铵盐阳离子改性飞灰，其特征在于按如下步骤实施：在质量浓度为90%的醇水溶液中，边缓慢滴加氨基硅烷偶联剂，边用醋酸调pH=3-4，滴完后，继续搅拌至溶液透明，得质量分数为0.1%-3%的氨基硅烷偶联剂溶液备用；称取上述制备的氨基硅烷偶联剂溶液，加入飞灰，室温搅拌30-60分钟后，过滤，滤饼在50-60℃干燥1-3小时后，再于120℃恒温干燥反应1-2小时，降温，得氨基硅烷偶联剂改性飞灰备用；将得到的氨基硅烷偶联剂改性飞灰再加入4-6倍飞灰质量的水中，用碱液调pH=9-11。搅拌升温至40-70℃，控制pH=9-11，保温条件下，边搅拌边滴加阳离子醚化试剂溶液，加完后继续搅拌保温反应1-2小时，调pH=6.5-7，过滤，水洗，低于80℃干燥，得季铵盐阳离子改性飞灰；上述所述的醇水溶液为甲醇溶液，或乙醇溶液；上述所述的硅烷偶联剂为3-氨基丙烷三乙氧基硅烷，或3-氨基丙烷三甲氧基硅烷，或3-氨基丙烷-甲基二乙氧基硅烷；上述所述的飞灰，其SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃质量含量大于飞灰总质量的80％，孔隙率为60%-75%，粒径为1-300μm；上述所述的阳离子醚化试剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，或2,3-环氧丙基三甲基氯化铵。

本发明的技术特点及优良效果：

本发明制备的季铵盐阳离子改性飞灰不仅可以利用其自身的微孔吸附脱色，同时还可以利用其表面阳离子正电荷吸附脱除废水中阴离子污染物，可以克服现有技术中飞灰吸附脱色性能相对较差的缺陷。以本发明制备的季铵盐阳离子改性飞灰，采用吸附法对染料与印染工业废水进行处理，与强碱性阴离子交换树脂相比，可以明显降低运行成本。

下面通过具体实例进一步说明本发明。

具体实施方式

实施例1

硅烷偶联剂改性飞灰的制备：称取190克质量浓度为90%的乙醇，用醋酸调pH=3-3.5，在pH=3-3.5下缓慢滴加2克硅烷偶联剂3-氨基丙烷三乙氧基硅烷，滴完后，继续搅拌30-60分钟至溶液透明，补加质量浓度为90%的乙醇，至总量200克，得质量分数为1%的氨基硅烷偶联剂溶液备用；称取上述制备的氨基硅烷偶联剂溶液100克放入250ml烧杯中，再加入40克飞灰，室温搅拌30分钟后，过滤，滤饼在50℃真空干燥2小时后，再于120℃常压恒温干燥反应1小时，降温，得硅烷偶联剂改性飞灰。

实施例2

季铵盐阳离子改性飞灰吸附剂A的制备：在装有回流冷凝器的250ml的四口烧瓶中，加入80ml去离子水，加入20克实施例1制备的硅烷偶联剂改性飞灰，用质量浓度为10%的氢氧化钠溶液调pH=9.5-10，搅拌升温至50℃，控制pH=9.5-10，50℃保温条件下，边搅拌边滴加18克质量百分浓度为50%的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵溶液，加完后继续搅拌保温反应90分钟，调pH=6.5-7， 过滤，水洗，80℃下干燥，得季铵盐阳离子改性飞灰吸附剂A。

实施例3

吸附脱色性能测试：分别以20g飞灰、20g季铵盐阳离子改性飞灰吸附剂为吸附剂，采用干法装柱，制备直径为20mm的层析色谱柱，在室温下对模拟染料废水（500 mg/L）进行柱层析，记录无色层析液体积，结果如表1所示。

表1 柱色谱吸附实验中不同吸附剂吸附能力的比较

表1数据表明，季铵盐阳离子改性飞灰吸附剂A对有机染料的吸附脱色能力明显高于飞灰的吸附脱色能力。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，做出的变化、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。