[发明专利]Zn2+

说明书

本发明公开了一种Znsupgt;2+/supgt;改性工业废料赤泥的ZAS/GRM复合材料及其制备方法和应用，属于吸附剂制备技术领域。本发明以工业废料赤泥为原料，利用简单、高效、可大规模生产的浸渍和烘焙过程制得Znsupgt;2+/supgt;改性赤泥的纳米硅酸锌铝/粒状赤泥(ZAS/GRM)吸附剂；材料的合成工艺简单，易操作；此外，粒状赤泥(GRM)外层的纳米硅酸锌铝(ZAS)能够有效地阻止GRM中的重金属元素的外泄，解决了工业中赤泥难处理和难利用以及重金属污染的问题。利用ZAS层提升复合材料对刚果红(CR)染料废水的吸附能力，ZAS层还作为有效封装GRM内部重金属元素的壳。实现了采用工业废料有效治理染料废水的“以废治废”的目的，为赤泥的工业应用提供了一种新的思路。

技术领域

本发明属于吸附剂制备技术领域，具体涉及一种Zn²⁺改性工业废料赤泥的ZAS/GRM复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

刚果红(CR)作为一种典型的有机染料污染物，具有高度稳定性和不可降解性。由于其水溶性和高稳定性，CR极难从废水中去除。此外，CR已被证明对生物系统具有毒性和致癌作用，包括呼吸、生殖、眼部和皮肤系统。水中CR的检测已经引起了公众的广泛关注，因此迫切需要制定一种可行有效的策略来减轻其对水环境的影响。吸附法已被证明是一种可以有效去除CR的技术。由于成本低、处理方便，吸附法在实际生产中得到广泛应用。通常，吸附法有三种基本类型，包括物理吸附、化学吸附和静电相互作用吸附。此外，选择合适的吸附剂类型对于有效去除CR至关重要。

赤泥(RM)是氧化铝生产过程中产生的固体废弃物。RM由于其强碱性和含有一系列有害的重金属元素等，通常被认为是有害污染物。据统计，每吨氧化铝的生产不可避免地会导致1～2吨RM的排放。我国是氧化铝生产大国，每年产生RM大约5000万吨，目前我国RM的总堆存量已高达5亿吨。通常，氧化铝厂大多将RM运送到堆场，采用露天筑坝的形式堆存。然而，由于RM的强碱性及含有重金属等不良特性，RM的大规模堆存会导致周边区域的土壤和地下水资源受到严重污染。因此，减少RM对环境的污染以及实现RM的资源化利用是重要的技术难题。

原始RM呈粉末状，平均粒径约3～10μm，比表面积较大，可以用作染料吸附材料。然而，若直接采用原始粉末状RM进行吸附，其对污染物的吸附能力有限，且吸附过程中会有重金属元素浸出，从而造成水体的二次污染。另外，原始粉末状RM不容易回收和再生利用，大规模应用的成本较高、再现性差。目前，将粉末状RM“颗粒化”已成为RM研究的发展趋势。一般通过向RM中添加膨润土、粉煤灰、淀粉、碳酸钠、硅酸钠等物质将RM制备成大颗粒状赤泥(GRM)，GRM更有利于实际生产和工业应用。

GRM作为染料吸附剂，对CR具有良好的吸附能力。此外，GRM还显示出通过改变其表面活性可以改善其吸附性能的潜力。物理和化学改性方法可以提高GRM的吸附性能。与物理改性相比，化学改性可以通过引入特定的官能团或表面活性剂直接改变GRM的表面化学性质，从而提高GRM的表面性能和吸附能力。此外，通过化学修饰引入适当的官能团或表面活性剂，可以选择性地增强GRM与吸附分子之间的相互作用，从而提高GRM的稳定性和使用寿命。离子交换法作为一种化学改性方法，已被证明是一种有效的改性方法。GRM的表面电荷量通过取代GRM表面的离子基团而显著增加，从而增强GRM和有机染料之间的吸附能力。此外，离子交换法可以改变GRM的孔径和孔隙率，提高其比表面积和吸附效率。然而，由于高成本和低选择性的限制，离子交换法并没有被广泛使用。因此，选择合适的离子基团与GRM进行表面离子交换是提高其吸附性能的关键。