CN108236912A - 一种除水体磷的吸附剂及其制备方法 - Google Patents

一种除水体磷的吸附剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种除水体磷的吸附剂及其制备方法，属于吸附剂材料技术领域。所述的吸附剂由废弃水泥经海水浸泡再进行烧结制得，具体包括：将废弃水泥加入到海水中，机械搅拌3‑6h，然后室温下放置20‑28h，再机械分离，过滤得初步产物；将初步产物干燥后在550‑650℃下烧结，即可制得除水体磷的吸附剂。本发明除水体磷的吸附剂由废弃水泥经海水浸泡后再经烧结制成，不仅实现了环保型变废为宝的目的，且本发明的吸附剂不需要进行改性处理，直接可用于除水体磷，且吸附效果好，磷去除率高，均在90％以上。

Description

一种除水体磷的吸附剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及除水体磷的吸附剂及其制备方法，属于吸附剂材料技术领域。
背景技术
磷是引起水体富营养化的主要元素之一，伴随着水体富营养化，藻类和浮游生物急剧增殖，水体溶解氧下降，水质恶化。在中国大多数富营养化湖泊中，磷是藻类生长的限制因素。目前国内外常用的除磷方法主要由结晶法、生物除磷法、吸附与离子交换法等。其中，吸附与离子交换法由于其占地面积小、工艺简单、脱磷效率高得到了广泛关注。然而现有技术中未经改性的吸附剂吸附物质种类繁多，没有针对性，且吸附效果不显著。而目前针对磷去除的改性剂主要由盐酸、氢氧化钠、氯化镁、氯化铝、氯化铁、聚合氯化铝等，用改性的黏土矿物进行磷净化处理，通过改性提高吸附剂的磷去除率。但是改性后的吸附剂在处理富营养化水后沉降到流动水体底部，如果不能在短时间内得到分离，其吃磷稳定性就显得非常重要。另外，改性吸附剂的应用有可能会带入新的污染，如氯、铝离子的残留。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种吸附效果好，磷去除率高，且不用改性的除水体磷的吸附剂及其制备方法。
本发明的上述目的通过如下技术方案实现：一种除水体磷的吸附剂，所述的吸附剂由废弃水泥经海水浸泡再进行烧结制得。
因为海水中有大量的钙、镁等离子，经海水浸泡后，水泥中吸附了大量的钙镁离子，经烧结后，钙镁离子会成为废弃水泥中的一部分，而不仅仅是吸附在上面，水体中磷酸根离子易于与钙镁反应结合，进而形成具有可以有效除水体磷的吸附剂。
在上除水体磷的吸附剂中，所述吸附剂的磷去除率大于90％。现有技术中的吸附剂的磷去除率一般都会小于90％，其原因在于，本发明将海水中的大量的钙、镁离子溶于废弃水泥中，成为吸附剂中的内部结构，而不是如现有技术中的吸附剂仅存在与吸附剂的表面，因此本发明中的吸附剂具有更高的磷去除率。
上述除水体磷的吸附剂的制备方法，所述的制备方法具体包括如下步骤：将废弃水泥加入到海水中，机械搅拌3-6h，然后室温下放置20-28h，再机械分离，过滤得初步产物；将初步产物干燥后在550-650℃下烧结，即可制得除水体磷的吸附剂。在本发明中如果烧结温度过低或过高都不利于最后吸附剂形成稳定的结构，进而会影响影响除磷效果。
在上述除水体磷的吸附剂的制备方法中，所述的废弃水泥先经过细磨、过筛预处理。所述的废弃水泥可为建筑废弃水泥。
作为优选，过筛的目数为10-40目。这个范围内的目数易于控制，如果过筛的目数过小则不宜操作，而过筛目数过大则会影响废弃水泥与水体的接触表面积，进而影响吸附剂的除磷效果。
在上述除水体磷的吸附剂的制备方法中，所述的海水与水泥混合前先过滤。
在上述除水体磷的吸附剂的制备方法中，过滤所用的膜的粒径为25-50微米。
在上述除水体磷的吸附剂的制备方法中，废弃水泥与海水的比值为15-25g/L。按15-25g废弃水泥溶于1L海水能促进废弃水泥更好地从海水中吸入钙、镁离子，如果比值过大，水泥未能充分吸附海水中的钙、镁含量，如果比值过小，废弃水泥中吸入的钙、镁离子含量较少，会影响最终吸附剂的除磷效果。
在上述除水体磷的吸附剂的制备方法中，所述干燥的温度为100-140℃，干燥时间为1-3h。在烧结前先进行干燥更有利于烧结，进一步稳定吸附剂的结构，进而提高吸附剂的除磷效果。
作为优选，所述干燥的温度为110-130℃，干燥时间为1-2h。
在上述除水体磷的吸附剂的制备方法中，烧结的温度为580-620℃，烧结的时间为0.5-2h。
与现有技术相比，本发明除水体磷的吸附剂由废弃水泥经海水浸泡后再经烧结制成，不仅实现了环保型变废为宝的目的，且本发明的吸附剂不需要进行改性处理，直接可用于除水体磷，且吸附效果好，磷去除率高，均在90％以上。
附图说明
图1为废弃水泥(C0)与本发明除水体磷的吸附剂(CS)的XRD图。
图2为本发明除水体磷的吸附剂(CS)进行除磷后的电镜扫描图。
图3为废弃水泥(C0)与本发明吸附剂(CS)除水体磷在不同pH值的条件下对未饱和状态的P的吸附效果对比图。
图4为废弃水泥(C0)与本发明吸附剂(CS)除水体磷对饱和状态的P的吸附效果对比图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
一种除水体磷的吸附剂通过如下步骤制得：
将废弃水泥先经过细磨，再在10-40目下过筛，备用。
取海水先用25-50微米的膜过滤，除去海水中的颗粒物，备用。
按照20g废弃水泥加入1L海水，将废弃水泥与海水充分混合，机械搅拌4h，然后室温下放置24h，再机械分离，接着用25-50微米的膜过滤得初步产物。
将初步产物干燥在120℃干燥1.5h，然后在600℃下烧结1h，即可制得本发明的除水体磷的吸附剂。经检测，该实施例中的吸附剂的磷去除率为96％。
实施例2
一种除水体磷的吸附剂通过如下步骤制得：
将废弃水泥先经过细磨，再在10-40目下过筛，备用。
取海水先用25-50微米的膜过滤，除去海水中的颗粒物，备用。
按照18g废弃水泥加入1L海水，将废弃水泥与海水充分混合，机械搅拌3-6h，然后室温下放置23h，再机械分离，接着用25-50微米的膜过滤得初步产物。
将初步产物干燥在130℃干燥1h，然后在620℃下烧结0.5h，即可制得本发明的除水体磷的吸附剂。经检测，该实施例中的吸附剂的磷去除率为95％。
实施例3
一种除水体磷的吸附剂通过如下步骤制得：
将废弃水泥先经过细磨，再在10-40目下过筛，备用。
取海水先用25-50微米的膜过滤，除去海水中的颗粒物，备用。
按照22g废弃水泥加入1L海水，将废弃水泥与海水充分混合，机械搅拌4h，然后室温下放置26h，再机械分离，接着用25-50微米的膜过滤得初步产物。
将初步产物干燥在110℃干燥2h，然后在580℃下烧结2h，即可制得本发明的除水体磷的吸附剂。经检测，该实施例中的吸附剂的磷去除率为94％。
实施例4
一种除水体磷的吸附剂通过如下步骤制得：
将废弃水泥先经过细磨，再在10-40目下过筛，备用。
取海水先用25-50微米的膜过滤，除去海水中的颗粒物，备用。
按照25g废弃水泥加入1L海水，将废弃水泥与海水充分混合，机械搅拌6h，然后室温下放置28h，再机械分离，接着用25-50微米的膜过滤得初步产物。
将初步产物干燥在140℃干燥1h，然后在650℃下烧结0.5h，即可制得本发明的除水体磷的吸附剂。经检测，该实施例中的吸附剂的磷去除率为92％。
实施例5
一种除水体磷的吸附剂通过如下步骤制得：
将废弃水泥先经过细磨，再在10-40目下过筛，备用。
取海水先用25-50微米的膜过滤，除去海水中的颗粒物，备用。
按照15g废弃水泥加入1L海水，将废弃水泥与海水充分混合，机械搅拌3h，然后室温下放置20h，再机械分离，接着用25-50微米的膜过滤得初步产物。
将初步产物干燥在100℃干燥3h，然后在550℃下烧结2h，即可制得本发明的除水体磷的吸附剂。经检测，该实施例中的吸附剂的磷去除率为93％。
除磷性能测试：
废弃水泥(C0)与本发明除水体磷的吸附剂(CS)的XRD图如图1所示。从图1中可知，原始废弃水泥和浸泡后的水泥中都含有Mg2CO3、CaCO3以及SiO2，但是本发明除水体磷的吸附剂中Mg2CO3、CaCO3以及SiO2的含量要高于原始废弃水泥，可见通过浸泡海水后，废弃水泥中的结构更加稳定。
本发明除水体磷的吸附剂(CS)进行除磷后的电镜扫描图如图2所示。从图2中可知，本发明吸附剂经过除磷后含有大量的Ca和Mg元素，且基本以CaO和MgO的形式存在于，说明经吸附后的吸附剂上含有大量的P元素，说明水中的P被吸附剂吸附，进而说明本发明吸附剂具备很好的除磷效果。
分别取10ppm PO4 2-浓度模拟水体置于不同的锥形瓶中，调节溶液的pH值在不同pH范围(pH在2-12之间)，通过pH计用NaOH和HCl调节，各个锥形瓶中分别加入约2g的本发明除水体磷的吸附剂粉末后放置于恒温振荡培养箱中，在25℃下以300r/min的转速振荡24h。取样后离心分离，取上清液用ICP-OES测定吸附前后的PO4 2-浓度，结果如图3所示。从图3可得，在所测试的pH条件下，对于未饱和的P本发明吸附剂的磷去除率都高达90％以上。
分别取一系列不同浓度的PO4 2-模拟水体置于不同的锥形瓶中，溶液的pH值(pH＝7)左右，通过pH计用NaOH和HCl调节，向各个锥形瓶中分别加入约2g的本发明除水体磷的吸附剂粉末后放置于恒温振荡培养箱中，在25℃下以300r/min的转速振荡24h。取样后离心分离，取上清液用ICP-OES测定吸附前后的PO4 2-浓度。经过Langmuir等模型计算，得到吸附剂的饱和吸附量如图4所示。从图4可得，本发明的吸附剂对于饱和状态下的P具有更好的吸附效果，在吸附平衡时，当水体平衡浓度在0.5mg/L时，本发明的吸附剂对磷的吸附可高达4.638mg/g，效果显著，其除磷效果是废弃水泥的2-6倍。当水体平衡浓度高于0.5mg/L时，本发明的吸附剂对水体磷的吸附效果更为明显。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (10)

1.一种除水体磷的吸附剂，其特征在于，所述的吸附剂由废弃水泥经海水浸泡再进行烧结制得。
2.根据权利要求1所述的除水体磷的吸附剂，其特征在于，所述吸附剂的磷去除率大于90％。
3.一种除水体磷的吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法具体包括如下步骤：将废弃水泥加入到海水中，机械搅拌3-6h，然后室温下放置20-28h，再机械分离，过滤得初步产物；将初步产物干燥后在550-650℃下烧结，即可制得除水体磷的吸附剂。
4.根据权利要求3所述除水体磷的吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的废弃水泥先经过细磨、过筛再加入海水中。
5.根据权利要求4所述除水体磷的吸附剂的制备方法，其特征在于，过筛的目数为10-40目。
6.根据权利要求3所述的除水体磷的吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的海水与废弃水泥混合前先过滤。
7.根据权利要求3或6所述除水体磷的吸附剂的制备方法，其特征在于，过滤所用的膜的粒径为25-50微米。
8.根据权利要求3所述除水体磷的吸附剂的制备方法，其特征在于，废弃水泥与海水的比值为15-25g/L。
9.根据权利要求3所述除水体磷的吸附剂的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为100-140℃，干燥时间为1-3h。
10.根据权利要求3所述除水体磷的吸附剂的制备方法，其特征在于，烧结的温度为580-620℃，烧结的时间为0.5-2h。
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