权利要求
1.铁泥基地聚物的制备方法，其特征在于：粉煤灰与在室温下通风干燥后的铁泥研磨过100目筛，其中干燥后的铁泥中γ-FeOOH质量分数为80%-84%;将模数即SiO2/Na2O为3.10-3.40的粉末状速溶硅酸钠配成质量分数为35%-40%的溶液，接着向硅酸钠溶液中加入NaOH固体，控制硅酸钠溶液与NaOH固体质量比为7：1-8：1，搅拌溶解后冷却至室温得到碱性活化剂;接着进行混合发泡，按粉煤灰：铁泥质量比4:1称取混合固体，加入相当于混合固体质量3/4的碱性活化剂并均质化15分钟，注入相当于混合固体质量2%-3%的十二烷基硫酸钠发泡剂搅拌10分钟形成浆料;最后将浆料注入模具，于60±1℃真空固化3小时强化硅
铝网络，脱模后在室温环境固化48小时，破碎过1mm筛获得成品。
2.权利要求1所述方法所制备的铁泥基地聚物。
3.权利要求3所述的铁泥基地聚物的应用，其特征在于：构建两套有机玻璃吸附柱，底层及顶层填充石英砂，中心层装填粒径≤1mm的IS-FAGF吸附剂，控制空床接触时间控制在15-25分钟;运行阶段酸性废水pH≤3，As≤1mg/L，先通入前置再生IS-FAGF吸附剂柱初步脱砷，再经后置新鲜IS-FAGF吸附剂柱深度净化至As≤10μg/L并中和pH;当后置柱出水As>10μg/L时，采用0.5M NaOH溶液反向洗脱12小时再生，再生后材料转为前置柱使用，同时补充新吸附剂至后置柱，形成轮转闭环。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于工业
固废资源化与水污染治理领域，具体涉及一种利用含铁污泥与粉煤灰制备耐酸性地聚合物吸附剂的方法，及其在酸性含砷废水连续处理中的双柱串联工艺。
背景技术
[0002]酸性含砷废水广泛存在于
有色金属采矿、冶金及化工行业，其高毒性、强腐蚀性及环境迁移性对生态系统和公众健康构成严重威胁。当前主流处理技术中，化学沉淀法虽成熟但存在药剂投加量大、含砷污泥稳定性差及二次污染风险;吸附法虽操作简便，却面临两大技术瓶颈：
[0003]其一，传统铁基吸附剂(如铁氧化物负载活性炭)在强酸环境中易发生活性组分溶蚀流失及载体骨架酸解坍塌，导致吸附性能骤降(例如pH=2时铁基生物炭除砷率衰减>50%);其二，绝大多数吸附剂缺乏pH自调节能力，无法在吸附砷的同时中和废水酸性，导致处理效率受pH波动制约。
[0004]地质聚合物作为一种新兴环保材料，可通过碱激活粉煤灰等铝硅酸盐前体制备，兼具机械强度高、碱性缓释特性，但其本身对砷的亲和力有限。现有改性方法多采用铁盐浸渍工艺增强砷吸附性能，但该法易引发铁物种团聚、堵塞孔隙，且在动态水流或酸性条件下存在活性位点脱落风险。
[0005]此外，工业固废资源化需求迫切：燃煤电厂粉煤灰年排放量超6亿吨，水厂除铁
锰滤池反冲洗产生的含铁污泥(γ-FeOOH含量>80%)传统填埋处置不仅占用土地，更造成铁资源浪费。因此，开发一种能协同解决酸性环境失活、pH自适应调控及固废资源化的高效吸附材料及配套工艺，成为酸性含砷废水治理领域的关键突破口。
发明内容
[0006]一种铁泥基粉煤灰复合地质聚合物(IS-FAGF)吸附剂的制备方法及双柱串联废水处理工艺：
[0007]1.吸附剂制备方法
[0008]粉煤灰与在室温下通风干燥后的铁泥研磨过100目筛;将模数即SiO2/Na2O为3.10-3.40的粉末状速溶硅酸钠配成质量分数为35%-40%的溶液，接着向硅酸钠溶液中加入NaOH固体，控制硅酸钠溶液与NaOH固体质量比为7：1-8：1，搅拌溶解后冷却至室温得到碱性活化剂;接着进行混合发泡，按粉煤灰：铁泥质量比4:1称取混合固体，加入相当于混合固体质量3/4的碱性活化剂并均质化15分钟，注入相当于混合固体质量的十二烷基硫酸钠发泡剂搅拌10分钟形成浆料;最后将浆料注入模具，于60±1℃真空固化3小时强化硅铝网络，脱模后在室温环境固化48小时，破碎过1mm筛获得成品。
[0009]在碱性环境中，粉煤灰中Al2O3与SiO2发生水解，其中铝氧键(Al-O)和硅氧键(Si-O)断裂，生成含羟基的硅铝酸盐单体，其形式为≡Si-OH和≡Al-OH，并形成可溶性中间体(公式(1));在碱性条件下，羟基化硅铝单体通过脱水反应(缩合)形成Si-O-Al键，而碱金属离子(Na+或K+)作为嵌入结构中的电荷平衡剂，完成单体的交联并形成三维网络骨架(公式(2));当系统中存在额外的硅源(如非晶态SiO2)时，硅氧四面体(≡Si-OH)进一步与铝氧四面体(≡Al-OH)结合，形成更复杂的Si-O-Al-O-Si链状或层状结构，从而增强聚合物的致密性和强度(公式(3))。鉴于铁泥与粉煤灰的充分混合，在粉煤灰的地质聚合反应过程中，铁泥在最终样品中实现了均匀分散并被牢固固结。
[0010]
[0011]本发明为了保证样品机械强度与吸附效果，务必使用最佳固体配比(粉煤灰：铁泥=4：1)，且在脱模后需将样品置于25±1℃环境固化48小时。
[0012]本发明中原始铁泥主要成分为不定型且结晶差的γ-FeOOH，质量分数为80%-84%，此外还含有少量MnO2,SiO2,CaO以及生物大分子代谢残留物。
[0013]本发明需尽量在较低温度即60℃左右真空干燥，方可保证铁泥中γ-FeOOH性质未发生改变。
[0014]2.双柱串联工艺
[0015]构建两套有机玻璃吸附柱，底层及顶层填充石英砂，中心层装填粒径≤1mm的IS-FAGF吸附剂，控制空床接触时间控制在15-25分钟，单位床体积为吸附柱中填充IS-FAGF吸附剂的体积;运行阶段酸性废水pH≤3，As≤1mg/L，先通入前置再生IS-FAGF吸附剂柱初步脱砷，再经后置新鲜IS-FAGF吸附剂柱深度净化至As≤10μg/L并中和pH;当后置柱出水As>10μg/L时，采用0.5M NaOH溶液反向洗脱12小时再生，再生后材料转为前置柱使用，同时补充新吸附剂至后置柱，形成"吸附-再生-轮转"闭环体系。
[0016]本发明的优点在于：
[0017]①本发明制备的材料耐酸性较好，酸性条件(pH=2.0)下砷吸附率≥86%;
[0018]②本发明制备产物可以缓释OH-实现pH自调节，OH-浸出量≥0.051mol/(dm3·g);
[0019]③本发明提出双柱串联工艺，可以解耦吸附与pH调节功能，突破单柱处理极限(穿透点≥2340床体积);
[0020]④本发明提出的双柱串联工艺中，采用再生吸附剂前置利用，降低了新鲜材料的消耗。
附图说明
[0021]图1是IS-FAGF样品图。
[0022]图2是双柱串联工艺示意图。
具体实施方式
[0023]例1、制备铁泥基粉煤灰地质聚合物的碱激发-发泡协同工艺包括原材料预处理、碱激发溶液配制、混合发泡、固化成型等过程，其步骤如下：
[0024](1)原材料预处理：粉煤灰研磨过100目不锈钢标准筛;含铁污泥取自水厂生物除铁锰滤池反冲洗泥，经室温(25±2℃)通风干燥处理，研磨并过100目不锈钢标准筛，最终储存于干燥环境中备用。
[0025](2)碱性活化剂配置：将37.27g粉状速溶硅酸钠(模数SiO2/Na2O=3.10-3.40)溶于水配成100g质量分数为37.27%的硅酸钠溶液，加入13.22g氢氧化钠固体，搅拌溶解后冷却至25±2℃。
[0026](3)混合发泡：称取16g粉煤灰和4g铁泥并充分混合，加入之前配置的碱性活化剂15g，均质化15min后加入0.5g发泡剂十二烷基硫酸钠，搅拌10min。
[0027](4)固化成型：将浆料注入模具，于60±1℃真空固化3h，脱模后室温固化48h，过1mm筛以适配固定床反应器。
[0028]例2、双柱串联处理酸性含砷废水的工艺包括吸附柱构建、进水、初始运行、再生等过程，其步骤如下：
[0029](1)吸附柱构建：构建两套有机玻璃吸附柱(Φ14×400mm)，柱体装填分三层：底层/覆盖层为1-2cm石英砂，中心层为IS-FAGF吸附剂(粒径≤1mm);吸附层高度为10cm，空床接触时间(EBCT)为20min，单位床体积为吸附柱中填充IS-FAGF吸附剂的体积即15.4cm3。
[0030](2)进水：进水初始As浓度为1mg/L，pH=2.5，空床接触时间(EBCT)为20min。
[0031](3)初始运行：废水先经再生吸附剂IS-FAGF柱(柱1)，再通入新鲜吸附剂IS-FAGF柱(柱2)。
[0032](4)再生：当柱2出水As>10μg/L时，使用0.5M NaOH溶液洗脱12h将其再生，转为柱1，补充新柱2。
[0033](5)出水：单柱状态下，可处理2786床体积酸性含砷废水(出水As浓度小于10μg/L);双柱串联预计可处理大于5572床体积酸性含砷废水，且pH调节性能增强。
说明书附图(2)
声明：
“铁泥基地聚物的制备及其双柱串联处理酸性含砷废水的方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
771
编辑：北方有色网
来源：北京工业大学
咨询细节
