一种复合纳晶吸附材料的制备方法
阅读说明：本技术 一种复合纳晶吸附材料的制备方法 (Preparation method of composite nanocrystalline adsorption material ) 是由 杨犁 郭志伟 覃远航 马广伟 王存文 吴再坤 张燎原 吕仁亮 马家玉 杜军 于 2021-07-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种复合纳晶吸附材料的制备方法,包括以下步骤：将粉煤灰和氮掺杂多孔炭分别研磨并筛分至180～200目,然后在100℃～120℃干燥12-24h；所得粉煤灰经过酸洗和洗涤,与所得氮掺杂多孔炭加入到NaOH溶液中,然后升温至100～120℃晶化2～15h；所得产品洗涤至中性,然后干燥、研磨并筛分至180-200目即得到复合纳晶材料；本发明以粉煤灰为原料合成沸石,然后引入氮掺杂多孔炭增加了比表面积,使COD的吸附能力显著提高,通过加入氮掺杂多孔炭,增强了沸石的分散度,促进了沸石与氨氮的接触,从而提高了氨氮的吸附能力。(The invention discloses a preparation method of a composite nanocrystalline adsorbing material, which comprises the following steps: respectively grinding and screening the fly ash and the nitrogen-doped porous carbon to 180-200 meshes, and then drying at 100-120 ℃ for 12-24 h; pickling and washing the obtained fly ash, adding the washed fly ash and the obtained nitrogen-doped porous carbon into a NaOH solution, and then heating to 100-120 ℃ for crystallization for 2-15 h; washing the obtained product to be neutral, then drying, grinding and screening to 180-200 meshes to obtain the composite nano-crystal material; according to the invention, the fly ash is used as a raw material to synthesize the zeolite, and then the nitrogen-doped porous carbon is introduced to increase the specific surface area, so that the COD adsorption capacity is obviously improved, and the nitrogen-doped porous carbon is added to enhance the dispersity of the zeolite and promote the contact between the zeolite and ammonia nitrogen, thereby improving the ammonia nitrogen adsorption capacity.)
技术领域
本发明属于复合材料
技术领域
，具体涉及一种复合纳晶吸附材料的制备方法。背景技术
氨氮(NH4-N)和COD广泛存在于生活污水和工业废水中，它们的来源可以范围自然源和人为源。氨氮和COD在工业生产和使用的过程中排放到自然环境中，会对环境和人体造成严重的污染和危害。工业生产的中产生的氨氮和COD排放到自然环境中会造成水体富营养化，同时会降低饮用水的质量，对人体健康造成直接的伤害。焦化废水是同时存在氨氮和COD的典型工业废水，根据炼焦化学工业污染物排放标准，氨氮和COD必须经过处理达到排放标准后才允许排放到自然环境中。传统焦化废水处理工艺对氨氮和COD的去除率都较低，故开发新型廉价、高效、操作方便和工艺简单的废水处理材料已成为了当务之急。
专利CN110882679A公开了一种复合材料处理污水，由质量百分比为5～95％木质活性炭与质量百分比为5～95％沸石经预处理、混合、挤压成型及热处理后制备而成，其中，还包括粘结剂的复合作用，最后得到沸石-活性炭复合材料。通过木质活性炭与沸石的协同作用，使得本复合材料具有良好的同步去除COD和氨氮的能力，但是氨氮和COD的去除效果不够理想。
发明内容
本发明目的在于提供一种针对含氨氮、COD废水的复合纳晶吸附材料的制备方法，能有效的去除废水中的氨氮和COD，改善废水水质。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
一种复合纳晶吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉煤灰和氮掺杂多孔炭分别研磨并筛分至180～200目，然后在100℃～120℃干燥12-24h；
(2)所得粉煤灰经过酸洗和洗涤，与所得氮掺杂多孔炭加入到NaOH溶液中，然后升温至100～120℃晶化2～15h；
(3)所得产品洗涤至中性，然后干燥、研磨并筛分至180-200目即得到复合纳晶材料。
按上述方案，所述粉煤灰为热电厂粉煤灰。
按上述方案，所述氮掺杂多孔炭按以下方式制备而来：
将多孔碳用尿素溶液浸渍2-3小时，干燥后在400-500℃的N2氛围下煅烧40-60min，得到氮掺杂多孔炭。
按上述方案，步骤2中所述粉煤灰用盐酸酸洗的固液比为5～15ml/g；洗涤温度20～50℃，酸洗时间1～4h。
按上述方案，步骤2中氮掺杂多孔炭和粉煤灰的质量比为1:(1～2)。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
氮掺杂多孔炭是一种孔隙度高度发达的碳质材料，由于易于处理，对大多数有机污染物结合亲和力高，是去除COD的优良的吸附剂，然而，氮掺杂多孔炭对氨氮的吸附能力不足。沸石具有亲水性，具有高阳离子交换能力，是吸附氨氮的良好吸附剂。因此，可以开发一种结合氮掺杂多孔炭和沸石的复合吸附剂，从而得到一种可以从废水中去除COD和氨氮的复合材料。本发明以粉煤灰为原料合成沸石，然后引入氮掺杂多孔炭增加了比表面积，使COD的吸附能力显著提高，通过加入氮掺杂多孔炭，增强了沸石的分散度，促进了沸石与氨氮的接触，从而提高了氨氮的吸附能力。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
本发明复合纳晶吸附材料的制备方法，具体如下：
(1)将粉煤灰和氮掺杂多孔炭分别研磨并筛分至180～200目，然后在100℃～120℃干燥12-24h；所述粉煤灰为热电厂粉煤灰；
(2)所得粉煤灰经过酸洗和洗涤，与所得氮掺杂多孔炭加入到NaOH溶液中，然后升温至100～120℃晶化2～15h；粉煤灰用盐酸酸洗的固液比为5～15ml/g；洗涤温度20～50℃，酸洗时间1～4h；氮掺杂多孔炭和粉煤灰的质量比为1:(1～2)；
(3)所得产品洗涤至中性，然后干燥、研磨并筛分至180-200目即得到复合纳晶材料。
本发明具体实施方式中所用氮掺杂多孔炭按以下方式制备而来：
将木屑筛分至180-200目，在105℃下干燥24小时，然后在室温下用磷酸(木屑和磷酸的质量比为1:1.9)激活24小时。之后，样品在550℃的N2氛围下激活90min，然后用热水(70℃)洗涤并在105℃下干燥，得到多孔碳；将多孔碳用尿素溶液(1.0mol/L)浸渍2-3小时，干燥后在400-500℃的N2氛围下煅烧40-60min，得到氮掺杂多孔炭。
实施例1
本实施例所述同时去除氨氮和COD的复合纳晶材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将粉煤灰和氮掺杂多孔炭研磨并筛分至180目，然后在100℃干燥12h。
(2)将步骤(1)制备得到的粉煤灰进行酸洗，酸洗的固液比为5ml/g，洗涤温度30℃，酸洗时间2h，然后用去离子水洗涤。
(3)将洗涤后的粉煤灰和一定量的氮掺杂多孔炭加入到配制好的NaOH溶液中，氮掺杂多孔炭和粉煤灰的质量比为1:1，然后100℃晶化6h。
(4)将得到的样品连续洗涤，直至pH大约为7，然后干燥，研磨并筛分至180目即得到所需的复合纳晶材料。
将本实施例制备得到的复合纳晶材料进行活性测试，活性测试在温控
摇床中进行，连续摇动3h直到平衡，转速150r/min。反应条件为：氨氮浓度为100mg/L，COD浓度为100mg/L，温度25℃，pH为7。
实施例2
本实施例所述同时去除氨氮和COD的复合纳晶材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将粉煤灰和氮掺杂多孔炭研磨并筛分至200目，然后在120℃干燥24h。
(2)将步骤(1)制备得到的粉煤灰进行酸洗，酸洗的固液比为15ml/g，洗涤温度40℃，酸洗时间3h，然后用去离子水洗涤。
(3)将洗涤后的粉煤灰和一定量的氮掺杂多孔炭加入到配制好的NaOH溶液中，氮掺杂多孔炭和粉煤灰的质量比为1:1，然后110℃晶化10h。
(4)将得到的样品连续洗涤，直至pH大约为7，然后干燥，研磨并筛分至200目即得到所需的复合纳晶材料。
将本实施例制备得到的复合纳晶材料进行活性测试，活性测试在温控摇床中进行，连续摇动3h直到平衡，转速150r/min。反应条件为：氨氮浓度为100mg/L，COD浓度为100mg/L，温度25℃，pH为7。
实施例3
本实施例所述同时去除氨氮和COD的复合纳晶材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将粉煤灰和氮掺杂多孔炭研磨并筛分至180目，然后在120℃干燥12h。
(2)将步骤(1)制备得到的粉煤灰进行酸洗，酸洗的固液比为12ml/g，
洗涤温度50℃，酸洗时间2h，然后用去离子水洗涤。
(3)将洗涤后的粉煤灰和一定量的氮掺杂多孔炭加入到配制好的NaOH溶液中，氮掺杂多孔炭和粉煤灰的质量比为1:2然后120℃晶化12h。
(4)将得到的样品连续洗涤，直至pH大约为7，然后干燥，研磨并筛分至180目即得到所需的复合纳晶材料。
将本实施例制备得到的复合纳晶材料进行活性测试，活性测试在温控摇床中进行，连续摇动3h直到平衡，转速150r/min。反应条件为：氨氮浓度为100mg/L，COD浓度为100mg/L，温度25℃，pH为7。
实施例4
本实施例所述同时去除氨氮和COD的复合纳晶材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将粉煤灰和氮掺杂多孔炭研磨并筛分至180目，然后在120℃干燥12h。
(2)将步骤(1)制备得到的粉煤灰进行酸洗，酸洗的固液比为15ml/g，洗涤温度50℃，酸洗时间3h，然后用去离子水洗涤。
(3)将洗涤后的粉煤灰和一定量的氮掺杂多孔炭加入到配制好的NaOH溶液中，氮掺杂多孔炭和粉煤灰的质量比为1:2，然后120℃晶化15h。
(4)将得到的样品连续洗涤，直至pH大约为7，然后干燥，研磨并筛分至180目即得到所需的复合纳晶材料。
将本实施例制备得到的纳晶材料进行活性测试，活性测试在温控摇床中进行，连续摇动3h直到平衡，转速150r/min。反应条件为：氨氮浓度为100mg/L，COD浓度为100mg/L，温度25℃，pH为7。
对比实施例1
本实施例与实施例4的区别在于没有加氮掺杂多孔炭，具体包括以下步骤：
(1)将粉煤灰研磨并筛分至180目，然后在120℃干燥12h。
(2)将步骤(1)制备得到的粉煤灰进行酸洗，酸洗的固液比为15ml/g，洗涤温度50℃，酸洗时间3h，然后用去离子水洗涤。
(3)将洗涤后的粉煤灰加入到配制好的NaOH溶液中，120℃晶化15h。
(4)将得到的样品连续洗涤，直至pH大约为7，然后干燥，研磨并筛分至180目即得到所需的复合纳晶材料。
将本实施例制备得到的复合纳晶进行活性测试，活性测试在温控摇床中进行，连续摇动3h直到平衡，转速150r/min。反应条件为：氨氮浓度为100mg/L，COD浓度为100mg/L，温度25℃，pH为7。
对比实施例2
本实施例所述以氮掺杂多孔炭来吸附去除氨氮和COD废水，具体包括以下步骤：
将氮掺杂多孔炭研磨并筛分至180目，然后在120℃干燥12h。
将本实施例制备得到的吸附剂进行活性测试，活性测试在温控摇床中进行，连续摇动3h直到平衡，转速150r/min。反应条件为：氨氮浓度为100mg/L，COD浓度为100mg/L，温度25℃，pH为7。
将各实施例和对比例作对比，对比结果如表1
表1
产品名称
氨氮去除率(％)
COD去除率(％)
实施例1
93.45
80.23
实施例2
94.32
80.53
实施例3
95.72
80.09
实施例4
96.47
80.13
对比例1
96.21
40.22
对比料2
23.13
91.14
从表1可知，实施例1-4对氨氮去除率基本都在93％以上，最高可达96.47％，对COD的去除率也较高，接近于80％，吸附性能强，同对比例1相比，发现对比例1对COD的去除率有明显的下降，而对氨氮的吸附率基本无变化，说明氮掺杂多孔炭的加入可以提高对COD的去除率，能大大提高本发明的效果。同对比例2相比，发现对比例2对氨氮的去除率有明显的降低，对氨氮吸附率下降了20％，说明粉煤灰的加入可以提高对氨氮的去除率。从表1结果可以看出，实施例4是本发明的最优实施例。