[发明专利]赤泥基聚合物催化剂的制备及其在有机染料降解中的应用

说明书

技术领域

本发明属于铝硅酸盐聚合物催化剂的制备及其在废水处理领域中的应用，具体涉及一种纯赤泥基聚合物催化剂的制备及其在降解有机染料中的应用。

背景技术

赤泥是冶炼氧化铝过程中排出的高含水量的泥状强碱性固体废弃物，主要由细颗粒的泥和粗颗粒的砂组成。随着铝工业的日益发展，生产氧化铝排出的赤泥量巨大，据统计每生产1吨氧化铝要排放1～1.8吨赤泥，中国作为世界第4大氧化铝生产国，仅国内五大铝业基地（山东、山西、长城、贵州和广西），每年产生的赤泥就达到约600万吨，累计赤泥存量近2亿吨，而利用率仅为15%左右^［1，2］。赤泥筑坝堆存不仅占用大量的土地资源，耗费巨额的堆场建设和维护费用，而且强碱性、高盐度的赤泥废渣长期堆存会造成土壤碱化，污染地表及地下水源，对生态环境造成严重的危害，因此，赤泥的综合开发利用已成为我国氧化铝工业实现循环经济和可持续发展的重要途径之一。

有关赤泥的利用有诸多报导，如，掺加3.5%赤泥可用于烧成水泥^[3]，掺10%-16%的赤泥用于路面基层材料^[4]，制备建筑陶瓷及陶瓷滤球^[5，6]，保温陶瓷砖^[7]，微晶玻璃^[8，9]，塑料填料^[10-12]，用作硅肥^[13]，免烧砖和轻质隔墙板^[14]；同时，赤泥作为吸附剂用于吸附废水中的Pb²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺、Cr³⁺、Ni²⁺，As⁵⁺，As³⁺等重金属离子^[15-19]，吸附F-离子^[20]，吸附SO₂^[21]。从赤泥中提取Fe、Si、Al、Ca、Ti、V、Sc、Ta、稀土元素等有价金属^[22-24]。

目前，利用赤泥制备赤泥基胶凝材料是研究的热点之一；潘志华等人^[25]以矿渣与赤泥质量比为70:30，掺加14%的固体碱性激发剂，成功制备出了具有正常凝结时间的高强度的碱矿渣-赤泥水泥。闫军^[26]报道了赤泥:矿渣:水玻璃为50:45:5的碱激发赤泥胶凝材料；刘龙等^[27]对赤泥-粉煤灰-矿渣碱激发胶凝材料性质进行了研究，当赤泥质量与粉煤灰质量比为3:1、矿渣质量为40%、减水剂为0.7%、硅酸钠量为12%时，所制备的碱激发胶凝材料力学性能较好。张娜等^[28]报道了赤泥-煤矸石胶凝材料，其中赤泥与煤矸石之比为3:2，拌合后在600℃煅烧2h。李国卫等^[29]对烧结法赤泥胶凝性能进行了试验研究；申建立等^[30]研究了矿渣与赤泥在石灰及氢氧化钠激发下的胶凝材料的强度变化规律；朱强^[31]报道了石灰激发下赤泥的硅酸盐胶凝性能；李文娟等^[32]的中国专利申请（申请号：200910092222.X）公开了一种赤泥-粉煤灰免烧地质聚合物材料的制备方法，将赤泥、粉煤灰、固体水玻璃、木质素磺酸钙粉按比例混合，再加入一定量的细沙和碎石并混合均匀，在10-60MPa的压力下振动加压成型，坯体在室温下自然养护3天或7天，然后在40℃-280℃干燥6-38h。栾兆坤等^[33]的中国专利申请（公开号：CN101143312A）公开了一种用于水处理的赤泥吸附剂的制备与再生方法专利，将50-70%的赤泥，15-30%的粉煤灰，5-10%的生石灰，5-10%的水玻璃，10-20%的成孔剂混合，球磨后，按5-8%比例加入40℃左右温水进行造粒，室温熟化18-24h，80-100℃烘干4-5h，再投入烧成窑内，分别在400-600℃焙烧1h和800-1100℃焙烧0.5h。粒状赤泥吸附剂再生方法是采用5-10%的稀盐酸溶液进行脱附再生。李为成^[34]的中国专利申请（公开号：CN101628443A）公开了赤泥蒸压产品及其制备方法，将50-90%赤泥，40-5%粉煤灰，3%脱硫石膏，3%磷渣，3%氢氧化钙，1%盐酸，1%的401及107胶混合搅拌均匀，破碎振动成型，蒸压釜中蒸养6小时，其成品的抗压强度大于23.1MPa。韩奎华等^[35]的中国专利申请（公开号：CN102212406A）公开了将天然石灰石与赤泥按石灰石中的Ca²⁺摩尔数与赤泥中含有的Na⁺，K⁺，Fe³⁺，Ti⁴⁺的总摩尔数比为15±3混合，加水搅拌浸渍后，干燥后的样品再次破碎，筛分制得一定粒度分布的固硫剂，固硫剂与煤混燃进行固硫。王林江等^[36]的中国专利申请（公开号：CN102690100A）公开了以拜尔赤泥和高岭土为主原料制备铝硅酸盐聚合物材料的方法的专利，将70-90%拜尔赤泥与10-30%高岭土混合，然后与氢氧化钠和硅酸钠水溶液混合，成型后在35-60℃固化4-8h，脱模后在35-60℃固化48-72h，然后室温存放5天。齐飞等^[37]的中国专利申请（公开号：CN102502944）公开了一种赤泥基多相催化臭氧氧化除污染技术，是将赤泥用蒸馏水洗涤，70℃下烘干，将该赤泥放入盛有蒸馏水的烧杯中，形成浓度为10g/L的悬浊液，在磁力搅拌下，逐滴加入稀的硫酸（或盐酸，或硝酸）溶液，以PH=6为滴定终点，室温老化24小时，倾倒上清液，剩余的悬浊液在70℃下烘干12小时，制得赤泥基催化剂；将该催化剂放入1.0-3.0mg/L臭氧浓度的水溶液中对硝基苯进行臭氧氧化降解。张化永等^[38]的中国专利申请（公开号：CN102730784A）公开了一种改性烧结法赤泥去除污水中氮磷的方法，是采用稀的盐酸对赤泥进行浸泡、烘干或制得改性烧结法赤泥，然后对含氮、磷污水进行吸附去除。童希立^[39]等的中国专利申请（公开号：CN102240551A）报道了一种利用赤泥制备高比表面积可见光光催化剂的方法的专利，将赤泥与一定量的水混合并通入CO₂气体进行脱碱处理，然后将脱碱赤泥加入酸性溶液中形成固液混合物，再加入酒石酸铵（六次甲基四胺，或尿素）沉淀剂溶液和十二烷基磺酸钠表面活性剂溶液获得沉淀物，将沉淀过滤洗涤，300-700℃焙烧1-3h得到固体光催化剂，采用氙灯光照，对苯酚溶液进行光解研究，10h苯酚的降解率为70%。陈男等^[40]的中国专利申请（公开号：CN102872797A）公开了高效除铬复合吸附剂的制备方法，以赤泥和蒙脱石粘土为原料，加入水及可溶性淀粉搅拌均匀，造粒干燥，550-650℃焙烧0.5-2h，将适量的该吸附剂加入到含铬的污水中进行吸附性能研究。刘万超等^[41]的中国专利申请（公开号：CN102491657A）公开了一种利用赤泥、铝土矿选尾矿生产聚合胶凝材料的方法，是将赤泥与铝土矿选尾矿按一定比例混合，经700-1000℃的高温活化0.5-3h，添加1-5%的生石膏，胶砂实验检测28天抗压强度。