CN109046236A - 一种用于脱氮除磷的超声-镧改性沸石的制备 - Google Patents

一种用于脱氮除磷的超声-镧改性沸石的制备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及污水处理技术领域，涉及一种用于脱氮除磷的超声‑镧改性沸石的制备。本发明把超声和镧联合对沸石进行改性，将沸石浸泡于蒸馏水中，进行超声改性，将超声改性后的沸石按一定比例投加LaCl3溶液中浸渍，恒温振荡，烘干后制得超声‑镧改性沸石。将超声‑镧改性沸石应用到到氮磷污水中，同步脱氮除磷效果显著，与原沸石相比，对氮磷去除率最大分别提高53.7％、92.5％。本发明解决了沸石目标污染物单一的问题，具有制备和应用方法简单、处理效果好、应用广泛，可以同步脱氮除磷的优点，且处理后的污水氮磷浓度达到《地表水环境质量标准》(GB 3838‑2002)中相关水质标准。

Description

一种用于脱氮除磷的超声-镧改性沸石的制备
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种用于脱氮除磷的超声-镧改性沸石的制备。
背景技术
随着我国工业化和城市化的发展，氮磷污染是水体常见污染物之一，不仅来源于各类动物的粪便，而且来源于肥料、染料、制药和石油产品等工艺生产的废水。当水体中含有大量的氮磷时，会引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖，溶解氧下降，鱼类等水生动物死亡，导致水质恶化，给生活和工业生产带来巨大困难。因此，脱氮除磷已成为近年来亟待解决的问题。吸附法由于具有占地面积小、工艺简单、污泥产量少、操作方便、无危害等优点，是去除低浓度氮磷最有效安全的工艺。
沸石是一种多孔的硅铝酸盐晶体，具有较高的阳离子交换容量和巨大的比表面积，孔道内的阳离子对氨氮有很大的静电吸引力。因此，沸石具有一定的吸附能力和离子交换能力，是一种吸附氨氮的理想材料。但是沸石内部及孔道结构容易堵塞，且沸石的阴离子交换性能弱，对磷酸根几乎没有去除效果。因此，需要对沸石进行改性，使其具备同步脱氮除磷的能力。
镧是一种储藏量大、经济、对环境友好的稀土元素，与磷酸根有很强的结合能力。研究表明，采用镧对沸石进行改性可以提高其对水中磷酸盐的去除能力，镧改性后的吸附剂表面离子配位不饱和，在水溶液中与水配位、溶解生成羟基化表面，与磷酸根交换吸附。
现阶段主要通过热处理、酸处理、盐处理以及直接氧化等方式对吸附剂进行改性。镧改性吸附剂的制备过程一般包括：酸/盐处理、干燥、镧离子浸泡、干燥、煅烧。酸/盐处理可以去除沸石表面及孔道中的杂质，提高离子交换能力，但具有浸泡时间长、易造成二次污染等缺点；高温煅烧能耗较高，容易导致结构破坏。超声波空化作用能除去表面杂质，疏松沸石孔道，孔道增大使空间位阻减小，内扩散加快，有利于加快离子交换速率。此外，超声的引入可以减少化学药品的使用量，且超声处理不会带来新的污染，具有较好的环境和经济优势。本发明首次将超声和镧联合起来对沸石进行改性以实现脱氮除磷，未见文献公开。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于脱氮除磷的超声-镧改性沸石的制备，对污水同步脱氮除磷的能力显著，操作过程简单、无污染，应用前景广阔。
本发明的技术方案如下：
一种用于脱氮除磷的超声-镧改性沸石的制备，其特征在于，本发明把超声和镧联合对沸石进行改性，将沸石浸泡于蒸馏水中，进行超声改性，将超声改性后的沸石按一定比例投加LaCl3溶液中浸渍，恒温振荡，烘干后制得超声-镧改性沸石。
所述沸石为人造沸石，粒径为20～80目。
所述超声-镧改性沸石，超声功率为30～500W，超声时间为5～100min。
所述LaCl3溶液，浓度为0.01～10％，溶液pH为7～12，沸石与LaCl3溶液的浸渍比例为1:1～100。
所述恒温振荡温度为30～40℃，振荡速度为100r/min，振荡时间为5～24h；烘干温度为70℃，烘干时间为6h。
本发明超声-镧改性沸石的应用方法：将超声-镧改性沸石直接投加到氮磷污水中，投加量为每升氮磷污水投加3～10g，搅拌速率为100r/min，搅拌2.5～12h，最后静置30min，实现脱氮除磷。
本发明超声-镧改性沸石脱氮除磷的原理是：改性后的沸石表面疏松，因为超声的空化作用可以去除表面杂质，拓宽孔道，使空间位阻减小，有利于NH4 +和沸石内部Na+、Mg+等离子交换。镧与磷酸根有很强的结合能力，采用镧对沸石进行改性可以提高其对水中磷酸盐的去除能力，镧改性后的吸附剂表面离子配位不饱和，在水溶液中与水配位、溶解生成羟基化表面，形成以La-OH+形式负载在沸石表面，与磷酸盐产生静电吸附，是除磷的主要活性成分，使沸石除磷能力大大提高。
本发明的有益效果是：本发明的超声-镧改性沸石同步脱氮除磷效果显著，与原沸石相比，对氮磷去除率最大分别提高53.7％、92.5％，可有效降低污水中氮磷浓度，解决了沸石目标污染物单一的问题，且制备和应用方法简单，易于操作。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明的实施作进一步说明，但本发明的实施和保护范围不限于此。
实施例1
(1)改性沸石制备：将人造沸石浸泡于蒸馏水中，300W超声30min，70℃烘干6h；将超声后的沸石投加到浓度为0.8％的LaCl3溶液中，调节pH为9，固液比为1:50，40℃恒温振荡12h，70℃烘干6h，制得超声-镧改性沸石；
(2)应用方法：配制含有氨氮30mg/L、磷5mg/L的模拟污水，向50mL模拟污水中投加改性沸石，投加量为4g/L，搅拌速率为100r/min，搅拌时间为2.5h，静置30min后，取样；
(3)分别用纳氏试剂分光光度法(HJ 535-2009)和钼酸铵分光光度法(GB 11893-89)测定氮磷浓度。
经实施例1治理前后污水中氮磷浓度(mg/L)见表1：
表1实施例1治理前后氮磷浓度(mg/L)
注：表中标准限值为《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中V类水标准。
实施例2
(1)改性沸石制备：将人造沸石浸泡于蒸馏水中，350W超声40min，70℃烘干6h；将超声后的沸石投加到浓度为0.2％的LaCl3溶液中，调节pH为10，固液比为1:60，35℃恒温振荡10h，振荡速度为100r/min，70℃烘干6h，制得超声-镧改性沸石；
(2)应用方法：污水取自常州科教城内某条污染河流，向污水中投加改性沸石，投加量为3g/L，搅拌速率为100r/min，搅拌时间为3h，静置30min后，取样；
(3)分别用纳氏试剂分光光度法(HJ 535-2009)和钼酸铵分光光度法(GB 11893-89)测定氮磷浓度。
经实施例1治理前后污水中氮磷浓度(mg/L)见表2：
表2实施例2治理前后氮磷浓度(mg/L)
注：表中标准限值为《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中Ⅲ类水标准。
实施例3
(1)改性沸石制备：将人造沸石浸泡于蒸馏水中，500W超声20min，70℃烘干6h；将超声后的沸石投加到浓度为0.3％的LaCl3溶液中，调节pH为10，固液比为1:30，30℃恒温振荡16h，振荡速度为100r/min，70℃烘干6h，制得超声-镧改性沸石；
(2)应用方法：污水取自常州市武进区某条污染河流，向污水中投加改性沸石，投加量为4g/L，搅拌速率为100r/min，搅拌时间为3h，静置30min后，取样；
(3)分别用纳氏试剂分光光度法(HJ 535-2009)和钼酸铵分光光度法(GB 11893-89)测定氮磷浓度。
经实施例1治理前后污水中氮磷浓度(mg/L)见表3：
表3实施例3治理前后氮磷浓度(mg/L)
注：表中标准限值为《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中Ⅳ类水标准。

Claims (5)

1.一种用于脱氮除磷的超声-镧改性沸石的制备方法，其特征在于，本发明把超声和镧联合对沸石进行改性，将沸石浸泡于蒸馏水中，进行超声改性，将超声改性后的沸石按一定比例投加LaCl3溶液中浸渍，恒温振荡，烘干后制得超声-镧改性沸石。
2.根据权利要求1所述的一种用于脱氮除磷的超声-镧改性沸石的制备方法，其特征在于：沸石为人造沸石，粒径为20～80目。
3.根据权利要求1所述的一种用于脱氮除磷的超声-镧改性沸石的制备方法，其特征在于：超声功率为30～500W，超声时间为5～100min。
4.根据权利要求1所述的一种用于脱氮除磷的超声-镧改性沸石的制备方法，其特征在于：LaCl3溶液浓度为0.01～10％，溶液pH为7～12，沸石与LaCl3溶液的浸渍比例为1:1～100。
5.根据权利要求1所述的一种用于脱氮除磷的超声-镧改性沸石的制备方法，其特征在于：恒温振荡温度为30～40℃，振荡速度为100r/min，振荡时间为5～24h，烘干温度为70℃，烘干时间为6h。
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