CN103446998A - 一种叶腊石的改性方法及其作为水体除磷吸附剂的应用 - Google Patents

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路建美
蒋军
李华
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Abstract

本发明公开了一种对叶腊石进行改性的方法以及将改性后的叶腊石作为吸附剂在水体除磷中的应用，通过将叶腊石置于密封的无机强酸或强碱溶液中静置多日、洗净、烘干后碎成不同粒径，或在400～600℃的条件下烘焙1～4h，冷却后过筛。改性后的叶腊石对水体中的磷具有较好的吸附效果，其饱和吸附量可以达到3.96mg/g，改性后的叶腊石作为吸附剂具有经济便宜的特点，其在实际生产和应用中具有广阔的前景。

Description

一种叶腊石的改性方法及其作为水体除磷吸附剂的应用
技术领域
本发明涉及材料改性及水体处理技术领域，尤其涉及一种对叶腊石进行改性的方法以及将改性后的叶腊石作为吸附剂在水体除磷中的应用。
背景技术
随着时代的发展，大量含磷化学产品的使用，导致了水体富营养化甚至引起赤潮。在我国，约92％的河流和湖泊都处于半富营养化或营养化状态，严重破坏了水体生态环境，威胁水生生物的生存和人类健康，水体富营养化已成为当今世界面临的重大环境问题。我国“十一五”计划也把太湖、巢湖、滇池的水体作为重点治理之一。
目前，除磷的主要方法有生物除磷、化学沉淀法、吸附法等。各类生物除磷方法只是将各类磷酸盐磷转移至大量的污泥中，磷回收及污泥处置都十分困难；化学沉淀法除磷效果较好，但成本高，同时产生的大量化学污泥也难于处理；吸附法是一种工艺简单、经济可行、同时可实现磷回收的除磷方法，近年来逐渐受到重视。
叶腊石是黏土矿物的一种，属结晶结构为2:1型的层状含水铝硅酸盐矿物引，化学结构式为Al2Si4O10(OH)2，其用途广泛。现有技术中虽然有很多对叶腊石进行改性的方法和应用，但并未有见诸于文献的将叶腊石进行改性后用作富营养化水体除磷的公开报道。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新的对叶腊石进行改性的方法以及将改性后的叶腊石作为吸附剂在水体除磷中的应用，为富营养化的水体除磷提供了一种新的思路及更多的选择。
为实现上述目的，发明人对叶腊石的改性方法及其改性后的吸附性能进行了大量的研究，并提供如下的技术方案：
本发明的叶腊石的改性方法，包括酸改性、碱改性或热改性，具体为：
所述的酸改性是将叶腊石置于密封的无机强酸溶液中静置多日、洗净、烘干后碎成不同粒径；
上述技术方案中，所述的无机强酸为盐酸、硝酸或硫酸。
优选的，所述的无机强酸溶液为盐酸溶液，其浓度为1～9mol/L。
进一步的，所述盐酸溶液的浓度为6mol/L。
所述的碱改性是将叶腊石置于密封的无机强碱溶液中静置多日、洗净、烘干后碎成不同粒径；
上述技术方案中，所述的无机强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
优选的，酸改性或碱改性后的烘干温度为105～180℃。
优选的，酸改性或碱改性后的叶腊石的粒径为40～100目。
所述的热改性是将叶腊石在400～600℃的条件下烘焙1～4h，冷却后过筛。
本发明也提供了将上述改性后的叶腊石作为水体除磷吸附剂的应用。
优选的，所述的水体温度为10～45℃。
优选的，所述的水体pH值≥5。
通过试验观察表明，改性后的叶腊石对水体中的磷具有较好的吸附效果，其饱和吸附量可以达到3.96mg/g，改性后的叶腊石作为吸附剂具有经济便宜的特点，其在实际生产和应用中具有广阔的前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例2采用不同改性方法处理叶腊石后的吸附效果柱状图；
图2是本发明实施例3采用不同浓度盐酸处理叶腊石后的吸附效果柱状图；
图3是本发明实施例4改性后的不同粒径叶腊石的吸附效果折线图；
图4是本发明实施例5改性后的叶腊石处理不同温度的含磷水体的吸附效果折线图；
图5是本发明实施例6改性后的叶腊石处理不同pH值的含磷水体的吸附效果折线图；
图6是本发明实施例7改性后的叶腊石处理不同浓度含磷水体的吸附效果折线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
1、下述实施例中磷的分析测定采用：钼锑抗分光光度法。
2、配制下述实施例中所用的磷溶液，备用：
将磷酸二氢钾（KH2PO4）置于烘箱中，在110℃下干燥2h后取出，室温下冷却。称取磷酸二氢钾0.2197g溶于蒸馏水，移入1000mL容量瓶，用蒸馏水稀释至标线，得浓度为50mg/L（以P计）的储备液。实验需要的原水由储备液稀释而得，pH值由1mol/L的HCl或NaOH溶液调节。
实施例1叶腊石改性
酸改姓：取100g叶腊石于250ml烧杯中，分别加入200ml不同浓度（1mol/L、3mol/L、6mol/L、9mol/L）的盐酸溶液，密封，静置7天，洗净，在105℃下烘干，敲碎，过40目、60目、80目、100目筛子，得不同酸度改性的叶腊石样品。
碱改性：取100g叶腊石于250ml烧杯中，加入200ml20wt%的NaOH溶液，密封，静置7天，洗净，在105℃下烘干，敲碎过40目筛，得碱改性的叶腊石样品。
热改性：取100g叶腊石于马弗炉中，400℃焙烧4h，冷却后取出过40目筛，得到热改性的叶腊石样品。
实施例2改性方法对磷吸附效果的影响
分别取3g经6mol/L HCl溶液，20wt%NaOH溶液，热改性和未处理过的叶腊石置于250ml锥形瓶中，加入100ml25ppm磷酸二氢钾溶液，25℃恒温振荡4h，检测含磷量。
由图1可知，酸改性后的叶腊石对磷的吸附效果明显好于其他改性和没改性的叶腊石。
实施例3酸改性浓度的选择
分别取3g经不同浓度（1mol/L、3mol/L、6mol/L、9mol/L）的HCl溶液改性后的叶腊石，置于250ml锥形瓶中，加入100ml25ppm磷酸二氢钾溶液，25℃恒温振荡4h，检测含磷。
由图2可知，酸的浓度对改性后的叶腊石的磷吸附影响并不大，但相对来说在HCl浓度6mol/L下改性的叶腊石的吸附效果最好。
实施例4叶腊石粒径的选择
分别选取经6mol/L的HCl酸改性，过40目、60目、80目、100目筛子后的叶腊石3g置于250ml锥形瓶中，加入100ml25ppm磷酸二氢钾溶液，25℃恒温振荡4h，检测含磷量。
通常粒子的粒径越小，比表面积越大，吸附效果越好。由图3可知，当粒径大于80目时，粒径越小，吸附效果越好，但当粒径小于80目后，其吸附能力基本不变。
实施例5温度对吸附的影响
取3g6mol/L HCl改性后的叶腊石置于250ml锥形瓶中，加入100ml25ppm磷酸二氢钾溶液，分别使其在0℃、10℃、25℃、35℃、45℃下恒温振荡4h，检测含磷量。
由图4可知，过高或过低的温度都将影响叶腊石的吸附效果。当温度为25℃时叶腊石的吸附效果最好。
实施例6pH值对吸附的影响
取3g6mol/L HCl改性后的叶腊石置于250ml锥形瓶中，加入100ml25ppm磷酸二氢钾溶液，将pH值分别调为3、4、5、6、7、8，25℃恒温振荡4h，检测含磷量。
由图5可知，pH值对叶腊石的吸附效果有较大的影响，当PH小于5时，其吸附效果随PH的增大而增大，当PH大于5后，其吸附效果基本稳定。
实施例7不同浓度含磷水体的吸附研究
准确配置一定浓度的磷酸二氢钾溶液（0.5～250ppm），置于具塞瓶中，依次加入3g6mol/L HCl处理后的叶腊石，pH调为5，25℃恒温振荡36h，检测磷含量。
由图6可知，当磷的初始含量小于5ppm时叶腊石可将其吸附至0.1ppm以下，符合污水排放标准，并通过计算推出叶腊石的饱和吸附量为3.96mg/g。
综上所述，改性后的叶腊石对水体中的磷具有较好的吸附效果，作为吸附剂具有经济便宜的特点，其在实际生产和应用中具有广阔的前景。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种叶腊石的改性方法，包括酸改性、碱改性或热改性，其特征在于：
所述的酸改性是将叶腊石置于密封的无机强酸溶液中静置多日、洗净、烘干后碎成不同粒径；
所述的碱改性是将叶腊石置于密封的无机强碱溶液中静置多日、洗净、烘干后碎成不同粒径；
所述的热改性是将叶腊石在400～600℃的条件下烘焙1～4h，冷却后过筛。
2.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于：所述的无机强酸为盐酸、硝酸或硫酸。
3.根据权利要求2所述的改性方法，其特征在于：所述的无机强酸溶液为盐酸溶液，其浓度为1～9mol/L。
4.根据权利要求3所述的改性方法，其特征在于：所述盐酸溶液的浓度为6mol/L。
5.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于：所述的无机强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
6.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于：所述酸改性或碱改性后的烘干温度为105～180℃。
7.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于：所述酸改性或碱改性后的叶腊石的粒径为40～100目。
8.根据权利要求1所述的改性方法处理后的叶腊石在水体除磷中作为吸附剂的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述的水体温度为10～45℃。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述的水体pH值≥5。
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