CN107537454B - 一种多孔除磷复合吸附剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多孔除磷复合吸附剂的制备方法，具体包括如下步骤：(1)将聚乙烯醇和海藻酸钠于加热至80～100℃溶解于水中，制成聚合物溶液；(2)在上述聚合物溶液中加入活性氧化铝粉末，充分搅拌均匀后倒入模具中，接着于室温下倒入固化液进行初次固化，待初步成型后完全浸入固化液中继续固化以增强其机械强度；(3)将步骤(2)所得物料进行充分水洗后，进行冰冻，然后进行冷冻干燥。本发明利用聚乙烯醇相互交联的网状结构和丰富的孔隙结构，将活性氧化铝固定其中制成多孔吸附材料，有利于材料中的活性成分与水中的磷酸根充分接触，制作成型的多孔材料在水中具备一定的机械强度，能够应用于有一定水流冲击强度的水体环境。

Description

一种多孔除磷复合吸附剂的制备方法
技术领域
本发明属于水体净化技术领域，具体涉及一种多孔除磷复合吸附剂的制备方法。
背景技术
磷是生态系统中大部分生物体生长所必不可少的营养元素，但当水体中的磷浓度超过0.02mg/L时就可以引起水体富营养化。一旦水体发生富营养化，就会造成藻类大量繁殖，水中溶解氧下降，水生生物大量死亡，产生有毒有害气体，影响供水水质等，不仅会给生态环境造成持久性的危害，也会给社会经济造成不可估量的损失。水体中磷的来源较复杂，主要来自于处理不完全的生活污水和工业废水、畜牧业废水和农田林地的水土流失等，其中，生活污水在水体磷流入量中所占比例最大。磷在水体中一般是以低浓度的磷酸盐形式存在，包括有机磷酸盐、无机磷酸盐(正磷酸盐)和聚磷酸盐，在污水生物处理过程中，有机磷被转化成正磷酸盐，而聚磷酸盐也被逐渐水解成正盐的形式。因此，正磷酸盐是水中磷的主要存在形式。目前，水体富营养化已成为困扰全世界主要的环境问题之一。为了保护地表水免受磷污染，许多国家将污水中总磷的排放标准严格控制在0.5-1.0mg/L之间。
传统的除磷方法主要有化学沉淀、膜过滤、反渗透、生物处理、人工湿地以及吸附等，其中，膜过滤和反渗透法由于操作成本高且易产生膜污染等问题而被限制使用；人工湿地也因占地面积大，受地域温度影响大而被限制使用；化学沉淀法需要消耗大量的化学药品，成本高昂，易造成二次污染且产生大量难于处理的污泥；生物法除磷工艺运行稳定性较差，受废水的理化指标影响较大，并且强烈依赖水中的BOD值；吸附法相比于以上几种方法具有操作简单，成本低，有稳定的磷去除能力并且能够使磷回收成为可能等优点，因此，吸附法被认为是最有利的选择。
氧化铝是铝的氧化物和氢氧化物的通用名称，氧化铝表面对水的亲和力几乎比其他所有材料都强。当活性氧化铝置于水中时，可以通过化学吸附作用形成表面羟基，能够与水体中的磷酸根发生配体交换作用，从而高效地吸附水体中的磷。活性氧化铝对磷的饱和吸附量为19.51mg/g，优于绝大多数无机化合物，且具有较高的比表面积，材料易得，成本低廉，成为近来研究热点。
活性氧化铝粉末虽然具有非常高的磷吸附性能，但是实际应用时因其颗粒尺寸小，在投入水体后会使水体变得浑浊、不易沉降、难以与水体分离和回收以及再利用困难等一系列问题，这些不足也成为粉体吸附材料应用于实际工程中的一大障碍，也使得材料产业化成为难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种多孔除磷复合吸附剂的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种多孔除磷复合吸附剂的制备方法，该多孔除磷复合吸附剂于活性氧化铝，原料包括聚乙烯醇、海藻酸钠和活性氧化铝，
具体包括如下步骤：
(1)将聚乙烯醇和海藻酸钠于加热至80～100℃溶解于水中，制成聚合物溶液，该聚合物溶液中，聚乙烯醇的浓度为7～9wt％，海藻酸钠的浓度为1～2wt％；
(2)在上述聚合物溶液中加入0.48～21wt％的活性氧化铝粉末，充分搅拌均匀后倒入模具中，接着于室温下倒入固化液进行初次固化，待初步成型后完全浸入固化液中继续固化以增强其机械强度，总的固化时间为6～48h；
(3)将步骤(2)所得物料进行充分水洗后，进行冰冻，然后进行冷冻干燥，即得所述多孔除磷复合吸附剂。
在本发明的一个优选实施方案中，所述聚合物溶液中，聚乙烯醇的浓度为8wt％。
在本发明的一个优选实施方案中，所述聚合物溶液中，海藻酸钠的浓度为1wt％。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(1)中加热的温度为95℃。
在本发明的一个优选实施方案中，所述固化液为含有2wt％CaCl2的饱和硼酸溶液。
在本发明的一个优选实施方案中，所述活性氧化铝的负载率为所述多孔除磷复合吸附剂的5～70wt％。
进一步优选的，所述活性氧化铝的负载率为所述多孔除磷复合吸附剂的50～60wt％。
本发明的有益效果：
1、本发明利用聚乙烯醇相互交联的网状结构和丰富的孔隙结构，将活性氧化铝固定其中制成多孔吸附材料，有利于材料中的活性成分与水中的磷酸根充分接触，制作成型的多孔材料在水中具备一定的机械强度，能够应用于有一定水流冲击强度的水体环境，同时保证了吸附剂具有优越的吸附容量，解决了活性氧化铝粉体材料在实际应用过程中不易分离、回收困难的缺点。
2、本发明操作简单易行且效果显著。
3、本发明中活性氧化铝在水体中可优先吸附磷酸根离子且不产生污泥。此外，可以使用氢氧化钠溶液对氧化铝进行解析再生。
附图说明
图1为本发明实施例1至3所制备的多孔除磷复合吸附剂的数码照相图；
图2为本发明实施例1至3中未负载活性氧化铝的多孔吸附剂的SEM图。
图3为本发明实施例1所制备的多孔吸附剂的SEM图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1
将8wt％聚乙烯醇(PVA)和1wt％海藻酸钠加热溶解后，加入2wt％的活性氧化铝粉末，在机械搅拌作用下充分搅拌均匀，随后倒入1cm×1cm×1cm的模具中，倒入固化液(含有2wt％CaCl2的饱和硼酸溶液)中进行初次固化24h，待材料成型后再次将其完全浸入固化液中继续固化以增强其机械强度，随后用蒸馏水冲洗3-5次，然后放入冰箱中于-18℃冰冻至少4h，然后将结冰后的材料放入真空冷冻干燥机中，冷冻干燥24h，得到如图1和图3所示的多孔除磷复合吸附剂，此外未负载活性氧化铝的多孔吸附剂如图2所示。
实施例2
将8wt％聚乙烯醇(PVA)和1wt％海藻酸钠加热溶解后，加入10wt％的活性氧化铝粉末，在机械搅拌作用下充分搅拌均匀，随后倒入1cm×1cm×1cm的模具中，倒入固化液(含有2wt％CaCl2的饱和硼酸溶液)中进行初次固化24h，待材料成型后再次将其完全浸入固化液中继续固化以增强其机械强度，随后用蒸馏水冲洗3-5次，然后放入冰箱中于-18℃冰冻至少4h，然后将结冰后的材料放入真空冷冻干燥机中，冷冻干燥24h，得到如图1所示的多孔除磷复合吸附剂，此外未负载活性氧化铝的多孔吸附剂如图2所示。
实施例3
将8wt％聚乙烯醇(PVA)和1wt％海藻酸钠加热溶解后，加入15wt％的活性氧化铝粉末，在机械搅拌作用下充分搅拌均匀，随后倒入1cm×1cm×1cm的模具中，倒入固化液(含有2wt％CaCl2的饱和硼酸溶液)中进行初次固化24h，待材料成型后再次将其完全浸入固化液中继续固化以增强其机械强度，随后用蒸馏水冲洗3-5次，然后放入冰箱中于-18℃冰冻至少4h，然后将结冰后的材料放入真空冷冻干燥机中，冷冻干燥24h，得到如图1所示的多孔除磷复合吸附剂，此外未负载活性氧化铝的多孔吸附剂如图2所示。
实施例4
本实施例使用基于活性氧化铝的多孔吸附剂吸附除磷，按以下步骤进行：
将1.8g实施例1得到的多孔吸附剂投入到1000mL配制的磷酸二氢钾溶液中，含磷2.5mg/L(以P元素质量计算)，于30℃下吸附；共监测48h；采得的样品使用钼酸盐分光光度法进行分析。48h后，去除率为45％。
实施例5
本实施例使用基于活性氧化铝的多孔吸附剂吸附除磷，与实施例4不同在于使用实施例2所制得的多孔吸附剂进行磷吸附实验，按以下步骤进行：
将4.3g实施例2得到的多孔吸附剂投入到1000mL配制的磷酸二氢钾溶液中，含磷2.5mg/L(以P元素质量计算)，于30℃下吸附；共监测72h；采得的样品使用钼酸盐分光光度法进行分析，72h后，去除率为83％。
实施例6
本实施例使用基于活性氧化铝的多孔吸附剂吸附除磷，与实施例5不同在于使用实施例3所制得的多孔吸附剂进行磷吸附实验，按以下步骤进行：
将4.2g实施例3得到的多孔吸附剂投入到1000mL配制的磷酸二氢钾溶液中，含磷2.5mg/L(以P元素质量计算)，于30℃下吸附；共监测72h；采得的样品使用钼酸盐分光光度法进行分析，72h后，去除率为92％。
本领域普通技术人员可知，本发明的技术方案在下述范围内变化时，仍然能够得到云上述实施例相同或相近的技术效果，仍然属于本发明的保护范围：
一种多孔除磷复合吸附剂的制备方法，该多孔除磷复合吸附剂于活性氧化铝，原料包括聚乙烯醇、海藻酸钠和活性氧化铝，
具体包括如下步骤：
(1)将聚乙烯醇和海藻酸钠于加热至80～100℃溶解于水中，制成聚合物溶液，该聚合物溶液中，聚乙烯醇的浓度为7～9wt％，海藻酸钠的浓度为1～2wt％；
(2)在上述聚合物溶液中加入0.48～21wt％的活性氧化铝粉末，充分搅拌均匀后倒入模具中，接着于室温下倒入固化液进行初次固化，待初步成型后完全浸入固化液中继续固化以增强其机械强度，总的固化时间为6～48h；
(3)将步骤(2)所得物料进行充分水洗后，进行冰冻，然后进行冷冻干燥，即得所述多孔除磷复合吸附剂。
所述聚合物溶液中，聚乙烯醇的浓度为8wt％，海藻酸钠的浓度为1wt％。
所述步骤(1)中加热的温度为95℃。
所述固化液为含有2wt％CaCl2的饱和硼酸溶液。
所述活性氧化铝的负载率为所述多孔除磷复合吸附剂的5～70wt％，优选为50～60wt％。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (6)

1.一种多孔除磷复合吸附剂的制备方法，其特征在于：该多孔除磷复合吸附剂含活性氧化铝，原料包括聚乙烯醇、海藻酸钠和活性氧化铝，该活性氧化铝的负载率为所述多孔除磷复合吸附剂的5～70wt％；
具体包括如下步骤：
(1)将聚乙烯醇和海藻酸钠加热至80～100℃溶解于水中，制成聚合物溶液，该聚合物溶液中，聚乙烯醇的浓度为7～9wt％，海藻酸钠的浓度为1～2wt％；
(2)在上述聚合物溶液中加入0.48～21wt％的活性氧化铝粉末，充分搅拌均匀后倒入模具中，接着于室温下倒入固化液进行初次固化，待初步成型后完全浸入固化液中继续固化以增强其机械强度，总的固化时间为6～48h；
(3)将步骤(2)所得物料进行充分水洗后，进行冰冻，然后进行冷冻干燥，即得所述多孔除磷复合吸附剂。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述聚合物溶液中，聚乙烯醇的浓度为8wt％。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述聚合物溶液中，海藻酸钠的浓度为1wt％。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中加热的温度为95℃。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述固化液为含有2wt％CaCl2的饱和硼酸溶液。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述活性氧化铝的负载率为所述多孔除磷复合吸附剂的50～60wt％。
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