CN104785200B - 一种可再生改性页岩陶粒除磷填料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可再生改性页岩陶粒除磷填料的制备方法，将页岩陶粒用HCl溶液浸泡，然后清洗至pH值为中性后干燥；将ZnCl₂、AlCl₃、FeCl₃按照比例配成金属盐溶液；将金属盐溶液缓慢加入干燥后的页岩陶粒中并恒温振荡，同时调节pH值；高温烘焙，得到混合液；将混合液中陶粒滤出，洗涤至中性，最后干燥，制得可再生改性页岩陶粒除磷填料。本发明有较强的除磷能力，其具备良好的重复使用能力，原料较为廉价，具有较高的性价比。

Description

一种可再生改性页岩陶粒除磷填料的制备方法

技术领域

本发明涉及除磷填料技术领域，具体涉及一种可再生改性页岩陶粒除磷填料的制备方法。

背景技术

水体富营养化是我国面临的主要水污染问题之一，控制污水处理厂尾水中磷的浓度是预防和治理水体富营养化的重要措施。

填料作为人工湿地、人工快渗、生物滤池等污水处理工艺的核心，其性能直接关系到工程出水是否达标，研制经济、高效的除磷填料对水环境保护具有重要意义。传统的除磷填料主要是粘土类矿物质、工业废物、天然或人造多孔材料等，有些材料对高浓度的磷有较好的去处效果，但对低浓度的磷去处能力有限；有些材料虽除磷能力强，但再生性较差，需定期更换，无法重复使用；有些材料制备成本高，虽吸附容量较大，但性价比较低。

因此，研制一种对磷浓度变化适应能力强，再生性好，性价比高的除磷填料是推动防治水体富营养化的一种有效措施。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足和缺陷，提供一种可再生改性页岩陶粒除磷填料的制备方法，对磷浓度变化适应能力强，再生性好，性价比高。

本发明的目的通过以下技术措施实现：

一种可再生改性页岩陶粒除磷填料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将粒径为4~8mm的页岩陶粒用0.30~0.50mol/L的HCl溶液浸泡16~24h，先用自来水清洗，再用蒸馏水或去离子水洗涤至洗涤水的pH值为中性，然后在100~110℃下干燥8~12h，得干燥后的页岩陶粒；

步骤2、将ZnCl₂、AlCl₃、FeCl₃按照Zn:Al:Fe摩尔比为1:(0.1~0.15):(0.35~0.45)的比例配成金属盐溶液，金属盐溶液中Zn²⁺浓度为0.8~1.5mol/L；

步骤3、将金属盐溶液缓慢加入干燥后的页岩陶粒中，干燥后的页岩陶粒与金属盐溶液体积比为1:(1~2)；此混合过程以40±2℃的温度、60~90r/min的振速振荡，并通过加入浓度为1~1.2mol/L的NaOH溶液调节pH值，保持整个过程中pH值稳定在10±0.2；混合完成后继续在40±2℃的温度下振荡30~35min，后在75~85℃温度条件下烘16~18h，得到混合液；

步骤4、将混合液中陶粒滤出，将陶粒先用自来水清洗，再用蒸馏水或去离子水洗涤至洗涤水的pH值为中性，最后在75~85℃温度下干燥18~24h，制得可再生改性页岩陶粒除磷填料。

本发明的有益效果在于：

1、本可再生改性页岩陶粒除磷填料有较强的除磷能力，其饱和吸附量可达到20~25mg/g，且对水中磷浓度变化有良好的适应性，即便是污水中磷浓度小于0.5mg/L也能表现出良好的去处能力。

2、吸磷后的填料的除磷能力可通过0.15~0.35mol/L的NaOH溶液解吸来恢复，其具备良好的重复使用能力。

3、本可再生改性页岩陶粒除磷填料制备过程中所用原料较为廉价，具有较高的性价比。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。

图1为本发明的一种试验装置示意图；

图2为本发明的一种解吸方式示意图。

图中：1-可再生改性页岩陶粒除磷填料；2-试验箱体；3-进水管；4-出水管；5-NaOH。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明，但本发明并不限于下述实施例。

实施例1

一种可再生改性页岩陶粒除磷填料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将粒径为4~6mm的页岩陶粒用0.30~0.40mol/L的HCl溶液浸泡16~20h，先用自来水清洗，再用蒸馏水或去离子水洗涤至洗涤水的pH值为中性，然后在100~105℃下干燥8~10h，得干燥后的页岩陶粒；

步骤2、将ZnCl₂、AlCl₃、FeCl₃按照Zn:Al:Fe摩尔比为1:(0.1~0.12):(0.35~0.40)的比例配成金属盐溶液，溶液中Zn²⁺浓度为0.8~1.1mol/L；

步骤3、将金属盐溶液缓慢加入干燥后的页岩陶粒中，干燥后的页岩陶粒与金属盐溶液体积比为1:(1~1.5)；此混合过程以40±2℃的温度、60~75r/min的振速振荡，并通过加入浓度为1~1.2mol/L的NaOH溶液调节pH值，保持整个过程中pH值稳定在10±0.2；混合完成后继续在40±2℃的温度下振荡30~32min，后在75~80℃温度条件下烘16~17h，得到混合液；

步骤4、将混合液中陶粒滤出，将陶粒先用自来水清洗，再用蒸馏水或去离子水洗涤至洗涤水的pH值为中性，最后在75~80℃温度下干燥18~21h，制得可再生改性页岩陶粒除磷填料。

将该制得的可再生改性页岩陶粒除磷填料装入如图1所示的试验装置，试验箱体尺寸规格为长×宽×高=1m×1m×1m，玻璃材质，顶部敞开；可再生改性页岩陶粒除磷填料厚度为0.8m；进水管位于试验箱体底部，出水管位于顶部，规格均为DN50的UPVC管。试验步骤如下：

步骤1、吸附：将磷浓度为15~20mg/L的含磷废水从进水管通入试验箱体，保持水力负荷为6~8m/h，连续运行。

步骤2、解吸：吸磷完成后，按图2所示方式对改性页岩陶粒除磷填料进行解吸；将8~10L浓度为0.15~0.35mol/L的NaOH溶液以6~8m/h的水力复合在试验箱体中循环24~28h。

步骤3、将解吸后的改性页岩陶粒除磷填料按照试验步骤1和步骤2重复循环使用6~8次。

其中，改性页岩陶粒的第1次吸附的吸磷容量为17~18mg/g，第1次解吸率为40~50%；之后的循环使用过程中其吸附容量一直保持在6~8mg/g左右，解吸率均在80%以上。

实施例2

一种可再生改性页岩陶粒除磷填料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将粒径为6~8mm的页岩陶粒用0.40~0.50mol/L的HCl溶液浸泡20~24h，先用自来水清洗，再用蒸馏水或去离子水洗涤至洗涤水的pH值为中性，然后在105~110℃下干燥10~12h，得干燥后的页岩陶粒；

步骤2、将ZnCl₂、AlCl₃、FeCl₃按照Zn:Al:Fe摩尔比为1:(0.12~0.15):(0.40~0.45)的比例配成金属盐溶液，溶液中Zn²⁺浓度为1.1~1.5mol/L；

步骤3、将金属盐溶液缓慢加入干燥后的页岩陶粒中，干燥后的页岩陶粒与金属盐溶液体积比为1:(1.5~2)；此混合过程以40±2℃的温度、75~90r/min的振速振荡，并通过加入浓度为1~1.2mol/L的NaOH溶液调节pH值，保持整个过程中pH值稳定在10±0.2；混合完成后继续在40±2℃的温度下振荡32~35min，然后在80~85℃温度条件下烘17~18h，得到混合液；

步骤4、将混合液中陶粒滤出，将陶粒先用自来水清洗，再用蒸馏水或去离子水洗涤至洗涤水的pH值为中性，最后在80~85℃温度下干燥21~24h，制得可再生改性页岩陶粒除磷填料。

将该制得的可再生改性页岩陶粒除磷填料装入如图1所示的试验装置，试验箱体尺寸规格为长×宽×高=1m×1m×1m，玻璃材质，顶部敞开；可再生改性页岩陶粒除磷填料厚度为0.8m；进水管位于试验箱体底部，出水管位于顶部，规格均为DN50的UPVC管。试验步骤如下：

步骤1、吸附：将磷浓度为15~20mg/L的含磷废水从进水管通入试验箱体，保持水力负荷为6~8m/h，连续运行。

步骤2、解吸：吸磷完成后，按图2所示方式对改性页岩陶粒除磷填料进行解吸；将8~10L浓度为0.15~0.35mol/L的NaOH溶液以6~8m/h的水力复合在试验箱体中循环24~28h。

步骤3、将解吸后的改性页岩陶粒除磷填料按步骤1和步骤2重复循环使用6~8次。

其中，改性页岩陶粒的第1次吸附的吸磷容量为17~19mg/g，第1次解吸率为35~48%；之后的循环使用过程中其吸附容量一直保持在6~9mg/g左右，解吸率均在80%以上。

实施例3

一种可再生改性页岩陶粒除磷填料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将粒径为4~6mm的页岩陶粒用0.35mol/L的HCl溶液浸泡18h，先用自来水清洗，再用蒸馏水或去离子水洗涤至洗涤水的pH值为中性，然后在105℃下干燥8h，得干燥后的页岩陶粒；

步骤2、将ZnCl₂、AlCl₃、FeCl₃按照Zn:Al:Fe摩尔比为1:0.1:0.36的比例配成金属盐溶液，溶液中Zn²⁺浓度为0.85/L；

步骤3、将金属盐溶液缓慢加入干燥后的页岩陶粒中，干燥后的页岩陶粒与金属盐溶液体积比为1:1.2；此混合过程以40℃的温度、65r/min的振速振荡，并通过加入浓度为1.2mol/L的NaOH溶液调节pH值，保持整个过程中pH值稳定在10±0.2；混合完成后继续在40±2℃的温度下振荡30min，后在80℃温度条件下烘16h，得到混合液；

步骤4、将混合液中陶粒滤出，将陶粒先用自来水清洗，再用蒸馏水或去离子水洗涤至洗涤水的pH值为中性，最后在75℃温度下干燥18h，制得可再生改性页岩陶粒除磷填料。

将该制得的可再生改性页岩陶粒除磷填料装入如图1所示的试验装置，试验箱体尺寸规格为长×宽×高=1m×1m×1m，玻璃材质，顶部敞开；可再生改性页岩陶粒除磷填料厚度为0.8m；进水管位于试验箱体底部，出水管位于顶部，规格均为DN50的UPVC管。试验步骤如下：

步骤1、吸附：将磷浓度为15mg/L的含磷废水从进水管通入试验箱体，保持水力负荷为8m/h，连续运行。

步骤2、解吸：吸磷完成后，按图2所示方式对改性页岩陶粒除磷填料进行解吸；将10L浓度为0.35mol/L的NaOH溶液以8m/h的水力复合在试验箱体中循环24h。

步骤3、将解吸后的改性页岩陶粒除磷填料按照试验步骤1和步骤2重复循环使用6~8次。

其中，改性页岩陶粒的第1次吸附的吸磷容量为19.35mg/g，第1次解吸率为50.56%；之后的循环使用过程中其吸附容量一直保持在6~9mg/g左右，解吸率均在81%以上。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (1)

1.一种可再生改性页岩陶粒除磷填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将粒径为4~8mm的页岩陶粒用0.30~0.50mol/L的HCl溶液浸泡16~24h，先用自来水清洗，再用蒸馏水或去离子水洗涤至洗涤水的pH值为中性，然后在100~110℃下干燥8~12h，得干燥后的页岩陶粒；

步骤2、将ZnCl₂、AlCl₃、FeCl₃按照Zn:Al:Fe摩尔比为1:(0.1~0.15):(0.35~0.45)的比例配成金属盐溶液，金属盐溶液中Zn²⁺浓度为0.8~1.5mol/L；

步骤3、将金属盐溶液缓慢加入干燥后的页岩陶粒中，干燥后的页岩陶粒与金属盐溶液体积比为1:(1~2)；此混合过程以40±2℃的温度、60~90r/min的振速振荡，并通过加入浓度为1~1.2mol/L的NaOH溶液调节pH值，保持整个过程中pH值稳定在10±0.2；混合完成后继续在40±2℃的温度下振荡30~35min，后在75~85℃温度条件下烘16~18h，得到混合液；

步骤4、将混合液中陶粒滤出，将陶粒先用自来水清洗，再用蒸馏水或去离子水洗涤至洗涤水的pH值为中性，最后在75~85℃温度下干燥18~24h，制得可再生改性页岩陶粒除磷填料。