CN104707561A - 一锅法制备多金属磁性除磷材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种一锅法制备多金属磁除磷材料的方法。在碱性环境中加入金属化合物通过加热回流的方式得到磁性除磷材料。后续处理需要过滤、烘干、煅烧得到最终产物。该材料对于含磷量达10ppm的水体，投加量为0.1-0.15g/L时，磷去除率可达90-95%，具有反应时间短、高活性以及有磁性利于回收特点，可应用于工厂含磷废水、养殖业含磷水体、湖泊水、家庭观赏鱼养殖的水体，且性能稳定，2-3年性质不发生改变。应用一锅法制备磁性除磷材料，具有良好的除磷效果且制备方法简单。

Description

一锅法制备多金属磁性除磷材料的方法

技术领域

本发明属于环保材料制备领域，具体涉及一种一锅法制备多金属磁性除磷材料的制备方法。此材料具有较强的磷酸根离子吸附能力，针对于工厂含磷废水、养殖业含磷水体、湖泊水等有具有良好的处理效果，具有磁性便于回收。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高和工业生产的快速发展，大量含磷生活污水、工业废水排人江河湖泊中，增加了水体营养物质的负荷，从而引起水体中藻类与水生植物异常繁殖，即水体的富营养化。最近几年滇池、太湖、巢湖等湖泊频繁爆发大规模蓝藻水华，在社会上引发了广泛的影响。国家环保部门对此也提出了多项措施进行控制，比如采取洗涤剂禁磷、大规模新建城镇污水处理厂、提高污水排放标准等措施，旨在缓解严峻的恶劣形势。随之伴随的除磷材料研发显得尤为重要。

目前，污水除磷技术主要分为生物除磷和化学除磷两大类。与化学法除磷相比，尽管生物法具有无需投加药剂、运行费用省、污泥产量小的优点，但在实际运行过程中，生物除磷技术也存在着缺点，如对废水组分的过度依赖，稳定性和灵活性较差，污泥处理工艺中存在磷的释放造成二次污染，这导致了生物出水很难达到国家污水排放标准的要求（许可,苗亚宾,陈岗,ZY磁性快速除磷吸附剂在污水深度处理中的应用，全国城镇污水处理及污泥处理处置技术高级研讨会论文集295:299）。化学除磷的基本原理是通过投加化学药剂，形成不溶性磷酸盐沉淀物，然后通过固液分离从水体中去除。磷的化学沉淀分为4个步骤：沉淀反应、凝聚作用、絮凝作用、固液分离。可用于化学除磷的金属盐有三种：钙盐、铁盐和铝盐，最常用的是石灰、硫酸铝、铝酸钠、三氧化铁、硫酸铁、硫酸亚铁和氯化亚铁。但是此类处理方式成本过高，投加计量难以估算，处理后pH往往偏高（邱维,张智.城市污水化学除磷的探讨.重庆环境科学, 2002, 24(2): 81-84）。本发明采用化学沉淀法与化学吸附法相结合的方式，达到良好去除效果的同时，不会影响水体的性质，且处理成本低廉。

目前磁性材料除磷方面已经取得一定进展。公开号CN103816869A专利公开了一种磁性介孔二氧化钛/氧化石墨烯吸附材料的制备方法，是基于化学修饰的原理，采用水热法合成磁性介孔二氧化钛，然后在其表面覆盖一层氧化石墨烯，制备核壳结构的吸附材料，此复合材料应用于废水中重金属的分离富集和有机污染物的处理，该专利制备步骤复杂、使用了昂贵的石墨烯且用于废水中重金属的分离富集和有机废水的处理，没有在水体除磷方面应用。黄自力等人利用磁絮凝的方法，在Al₂ (SO₄ ) ₃、FeCl₃、CaCl₂与磷酸盐沉淀的同时加入磁种，在外加磁场的作用下将沉淀物与水体分离（黄自力,肖晶晶,李密.化学沉淀-磁絮凝深度快速除磷的研究.武汉科技大学学报,自然科学版. 2009, 32(1): 102-105）。与本发明专利不同的是此方法投加方式为可溶性金属盐的形式，即为絮凝沉淀，但在反应中不存在吸附过程。赵冰清等人以微米级以四氧化三铁粉末表面共沉淀的方法制备一系列磁性类水滑石磷吸附剂。（赵冰清,程翔,孙德智.磁性类水滑石吸附水中磷的研究.哈尔滨工业大学学报, 2009, 40(12): 1962-1964.）。此制备过程中采用分步投料，后续处理中采用溶剂置换和冷冻干燥方式得到产物，吸附磷容量为47.1 mg/g。本材料采用一锅法形式一次性投加原料得到产物，后续处理采用过滤、烘干煅烧的方式，吸附磷容量为220.07 mg/g远高于上述材料。Jibing Xiong等人回收利用磁性钢渣对水体中磷进行去除，可达到废物再利用的目的（Xiong J, He Z, Mahmood Q,et al. Phosphate removal from solution using steel slag through magnetic separation. Journal of hazardous materials.2008, 152(1): 211-215.），但与本发明组成显著不同，磁性钢渣吸附磷容量仅5.3mg/g，远低于本发明采用的多金属磁性配合物材料。

本发明材料为合成型材料。采用一锅法制备多金属磁性除磷材料，可充分利用每种金属离子相互螯合在一起的特点，金属离子以固体沉淀或螯合物的形式存在，与体系中的磷形成化学沉淀，最终达到高效除磷的目的。优越性表现在投加量极少，且处理效果优越。对于含磷量达10ppm的水体，投加量为0.1-0.15g/L时，磷去除率达90-95%，吸附磷容量高达220.07 mg /g。在制作过程中加入磁性材料，大大提升材料的吸附性能和便于回收性。

发明内容

本发明的目的为提供一种高效处理水体中磷酸根离子的方法，此材料对水体中的磷酸根离子具较高的吸附性能。制备条件温和，工艺稳定、可靠、成本低。本发明方法如下：

（1）在10~1000ml自来水中加入镁离子化合物、铁离子化合物、锌离子化合物、铝离子化合物、镍离子化合物、钙离子化合物、铜离子化合物、铈离子化合物、镧离子化合物、锰离子化合物等金属化合物中的一种、两种或多种，同时在体系中加入磁性材料；

（2）调节溶液pH为7-14，30-200℃下加热，回流1-24h后过滤；

（3）在后续处理中，需要将产品在50-800℃下烘干，在100-1200 ℃下灼烧1-24小时得到产物。

本方法制备的一锅法多金属磁性材料性能优良，形态新颖，具有以下优点：

（1）本材料投加量极小，1L含磷10ppm水体中投加量仅为0.15g/L；

（2）根据投加量的不同可对溶液体系中的磷酸根离子进行高效去除，去除率可达到95%以上；

（3）本材料反应时间短，1h去除率即可达到95%以上；

（4）制作方法简单，易于操作。

附图说明

图1: 多金属磁性材料磁体吸附效果图。

图2: 除磷后的多金属磁性材料回收过程。

图3：多金属磁性材料除磷的吸附等温图。

具体实施例

实施例1：

在200mL自来水中加入10g硝酸铝、10g硝酸铁配成溶液，充分搅拌后用20%氢氧化钠溶液调节体系pH=12，加热回流加入四氧化三铁，充分混合后陈化1天。将体系在150℃下蒸干，最后在100℃灼烧10小时，研磨后得粉末状材料，产率为66%。

实施例2：

在300mL自来水中加入20g硫酸镁、20g硫酸铁配成溶液，充分搅拌后用30%氢氧化钠溶液调节体系pH=13，加热回流加入磁性氧化锆，充分混合后陈化1天。将体系在200℃下蒸干，最后在500℃灼烧5小时，研磨后得粉末状材料，产率为62%。

实施例3：

在400mL自来水中加入30g氯化镁、30g氯化铁配成溶液，充分搅拌后用40%氢氧化钠溶液调节体系pH=14，加热回流加入磁性氧化镍，充分混合后陈化1天。将体系在300℃下蒸干，最后在700℃灼烧7小时，研磨后得粉末状材料，产率为68%。

实施例4：

在400mL自来水中加入10g硝酸铝、10g硝酸铁、10g硝酸镧、10g硝酸钙配成溶液，充分搅拌后用20%氢氧化钠溶液调节体系pH=12，加热回流加入四氧化三铁，充分混合后陈化1天。将体系在150℃下蒸干，最后在100℃灼烧10小时，研磨后得粉末状材料，产率为72%。

实施例5：

在500mL自来水中加入20g硫酸镁、20g硫酸铁、20g硫酸锌、20g硫酸镍配成溶液，充分搅拌后用30%氢氧化钠溶液调节体系pH=13，加热回流加入磁性氧化锆，充分混合后陈化1天。将体系在200℃下蒸干，最后在500℃灼烧5小时，研磨后得粉末状材料，产率为64%。

实施例6：

在600mL自来水中加入10g氯化镁、10g氯化铁、10g氯化钙、10g氯化锌、10g氯化铝配成溶液，充分搅拌后用40%氢氧化钠溶液调节体系pH=14，加热回流加入磁性氧化镍，充分混合后陈化1天。将体系在300℃下蒸干，最后在700℃灼烧7小时，研磨后得粉末状材料，产率为69%。

以上实施例仅为本发明作进一步说明，而本发明的范围不受所举实施例的局限。

Claims (4)

1.一锅法制备多金属磁性除磷材料的方法，其特征在于：

（1）在10~1000ml自来水中加入镁离子化合物、铁离子化合物、锌离子化合物、铝离子化合物、镍离子化合物、钙离子化合物、铜离子化合物、铈离子化合物、镧离子化合物、锰离子化合物中的一种、两种、多种，同时在体系中加入磁性材料；

（2）调节溶液pH为7-14，30-200℃下加热，回流1-24h后过滤；

（3）在后续处理中，将产品在50-800℃下烘干，在100-1200 ℃下灼烧1-24小时得到产物。

2.根据权利要求1所述的一锅法制备多金属磁性除磷材料的方法，其特征在于：所述镁离子化合物、铁离子化合物、锌离子化合物、铝离子化合物、镍离子化合物、钙离子化合物、铜离子化合物、铈离子化合物、镧离子化合物、锰离子化合物，可以为硝酸根化合物、硫酸根化合物、氯化物。

3.根据权利要求1所述的以一锅法制备多金属磁性除磷材料的方法，其特征在于：所述各种化合物的加入浓度为0.001-500.0 mol/L，其加入过程必须缓慢，加入后需经过充分搅拌。

4.根据权利要求1所述的以一锅法制备多金属磁性除磷材料的方法，其特征在于：磁性材料为四氧化三铁、磁性氧化锆、磁性氧化镍，磁性氧化锰及铁氧体材料。