CN109592762A - 一种富营养化水体处理剂及其制备方法 - Google Patents

一种富营养化水体处理剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种富营养化水体处理剂及其制备方法。所述的富营养化水体处理剂包括以下重量百分比计的组分：碳化硅复合铁基35～60％、钛白废渣‑聚乳酸复合物25～50％和陶粒5～20％。所述的碳化硅复合铁基为电解铁粉、碳化硅和水玻璃以(1.5～2.5):(0.5～1):(0.3～0.6)的质量比组成。所述的钛白废渣‑聚乳酸复合物为钛白废渣预处理粉末和聚乳酸按质量比为0.3～0.6:1制成的具有多孔结构的微球。本发明的水体处理剂兼具吸附、絮凝和催化降解等功能，有效吸附、絮凝有机物、磷和氮等污染物，并通过光催化降解作用，分解和转化有机物、磷和氮等污染物，从而实现净化富营养化水体的作用。

Description

一种富营养化水体处理剂及其制备方法
技术领域
本发明属于环境污染治理技术领域，具体涉及一种富营养化水体处理剂及其制备方法。
背景技术
随着社会的发展和人口的增加，水污染逐年严重，许多湖泊相继出现富营养化现象，这已经严重影响到了社会的发展以及部分城市的饮水问题。水体富营养化主要是由于水体中有机物、磷和氮等污染物富集，引起藻类以及其他水生生物过量繁殖，水体呈绿色或混浊呈褐色，水体透明度下降，溶解氧降低，造成水质恶化，严重时发生“水华”，使整个水体生态平衡发生改变而造成危害的一种污染现象。一般认为水体含氮量大于0.2mg/L/，含磷量大于0.02mg/L/时属于富营养化水体。
目前对于富营养化水体的治理措施主要有：一、微生物处理法，通过投加适量的微生物，加速水中污染物的分解，起到水质净化的作用；二、絮凝处理法，加入具有絮凝作用的絮凝剂，与水体中的磷酸盐生成不溶性沉淀，达到降低磷含量的目的；三、水生植物养殖法，利用水生植物吸收利用氮、磷元素进行代谢活动以除去水体中的氮、磷等营养物质。絮凝法具有使用方便，不会引起二次污染的优点，是主要的富营养化水体的治理措施。公开号为CN101759245 A的中国专利申请公开了一种水质净化剂，该净化剂由氧化铝、氢氧化钙、聚丙烯酰胺、硫磺、碳酸钠、碳黑混合后加入适量的水经球磨混合机混合粉碎后干燥脱水，过筛，制得，具有吸附和絮凝的作用，适用于城市生活污水和各种工业废水，但该净化剂使用后水体可能有离子残留，影响水体生态发展。本发明的目的是提供一种新的富营养化水体处理剂，该处理剂可有效吸附、絮凝有机物、磷和氮等污染物，对富营养化水体具有较佳的净化作用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种富营养化水体处理剂及其制备方法，所述的富营养化水体处理剂兼具吸附、絮凝和催化降解等功能，可有效降低营养化水体中有机物、磷和氮等污染物的水平。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种富营养化水体处理剂，包括以下重量百分比计的组分：碳化硅复合铁基35～60％、钛白废渣-聚乳酸复合物25～50％和陶粒5～20％。
优选，所述的富营养化水体处理剂包括以下重量百分比计的组分：碳化硅复合铁基40～55％、钛白废渣-聚乳酸复合物35～50％和陶粒5～15％。
优选，所述的富营养化水体处理剂包括以下重量百分比计的组分：碳化硅复合铁基55％、钛白废渣-聚乳酸复合物35％和陶粒10％。
具体的，所述的碳化硅复合铁基为为电解铁粉、碳化硅和水玻璃以(1.5～2.5):(0.5～1):(0.3～0.6)的质量比组成。
优选，所述的碳化硅复合铁基为电解铁粉、碳化硅和水玻璃以2.5:1:0.6的质量比组成。
本发明的碳化硅复合铁基呈多孔球状，球体直径为0.5～5mm，比表面积160～240m2/g。
所述的碳化硅复合铁基是通过以下方法制备得到，该方法包括以下步骤：
S1：将电解铁粉、碳化硅加至气流磨制粉机中，在高纯度惰性气体的保护下进行气流磨，已被充分磨碎的微米随气流通过分选轮的缝隙，而未被充分磨碎的则不能通过，继续进行气流磨，直至粉体的粒径为50～75μm，得到混合粉末；
S2：将混合粉末和水玻璃混匀，加入占混合粉末重量0.5～1％的粒径为10～20μm木粉，继续混匀，造球，置于管式炉中，预通氮气，按升温速率为0～20℃/min快速升温至预设温度1000～1200℃下高温焙烧1～2h，冷却取出，然后置于还原炉中，在700～800℃下通入3NL/min的H2经1～2h还原，即得碳化硅复合铁基。
所述的钛白废渣-聚乳酸复合物为钛白废渣预处理粉末和聚乳酸按质量比为0.3～0.6:1制成的具有多孔结构的微球。
具体的，所述的钛白废渣-聚乳酸复合物的制备包括以下步骤：
S1：将钛白废渣置于马弗炉中在500～650℃下煅烧1～2h，冷却至室温，取出，研磨，过200目筛，得到钛白废渣预处理粉末；
S2：将钛白废渣预处理粉末和聚乳酸按质量比为0.3～0.6:1混合，按料液比1g/50～100mL加入混合溶剂，所述的混合溶剂为二氯甲烷和正己烷以8～10:1的体积比组成，超声分散10～15min，得到混合液，然后按混合液：聚乙烯醇水溶液体积比1:5～10加入浓度为4～6g/L的聚乙烯醇水溶液，室温下400～600rpm搅拌6～12h，静置1～2h，过滤，用水清洗沉淀，干燥，即得钛白废渣-聚乳酸复合物。
本发明的钛白废渣为钛白粉制备过程中，钛铁矿与硫酸反应后的废渣，该废渣取自广东省河源市某化工有限公司，其成分为Fe2O3、SO3、SiO2、TiO2等。
本发明还提供一种所述的富营养化水体处理剂的制备方法，该方法具体为：将碳化硅复合铁基、钛白废渣-聚乳酸复合物和陶粒按相应的重量混合，即得。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的富营养化水体处理剂是由碳化硅复合铁基、钛白废渣-聚乳酸复合物和陶粒三者复合而成，各组分之间互相促进，弥补单一材料的局限性，起到较好的协同作用，同时兼具吸附、絮凝、分解有机物、磷和氮等污染物的功能，对富营养化水体具有较好的净化作用。
(2)本发明以电解铁粉、碳化硅和水玻璃为原料，成功制备具有优异吸附性能的碳化硅复合铁基，通过在制备过程中加入适量的木粉作为致孔剂，使碳化硅复合铁基形成孔状结构，利于吸附水中的污染物，所述的碳化硅复合铁基不仅具有较佳的稳定性，对空气稳定，而且同时兼具电化学富集、氧化还原、物理吸附和絮凝特性，对富营养化水体的处理效果佳。
(3)本发明以钛白废渣预处理粉末和聚乳酸为原料，通过特定的工艺成功制备具有多孔结构的球形状钛白废渣-聚乳酸复合物，该球形状复合物的具有较大的孔隙率，较低的密度，具有较佳的吸附性能；同时由于聚乳酸与钛白废渣固为一体，可避免废水处理过程中钛白废渣易于团聚的现象，使其更好地发挥净化水体的作用，所述的钛白废渣富含铁、钛、镁、铝等多种元素，具有吸附、水解、絮凝和光催化分解等特性，可显著降低水体中有机污染物的含量，尤其对富营养化的水体处理效果佳。
(4)本发明的富营养化水体处理剂各组分稳定性好，无毒，使用安全，不会引发二次污染，对环境和经济效益都具有一定意义。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
下述实施例中配方的组分，若无特别说明，均为常规市售产品，其中，陶粒购自湖北宜昌光大陶粒制品有限责任公司、聚乳酸购自广州市宝成化工原料有限公司、海绵铁(sponge iron，简称s-Fe0，购自北京开碧源贸易有限责任公司)、电解铁粉购自石家庄中石恒达矿产品有限公司、碳化硅购自郑州永坤环保科技有限公司、水玻璃购自西安华昌水玻璃有限公司。
实施例1钛白废渣-聚乳酸复合物的制备
S1：将钛白废渣置于马弗炉中在650℃下煅烧1h，冷却至室温，取出，研磨，过200目筛，得到钛白废渣预处理粉末；
S2：将钛白废渣预处理粉末和聚乳酸按质量比为0.6:1混合，按料液比1g/100mL加入混合溶剂，所述的混合溶剂为二氯甲烷和正己烷以8:1的体积比组成，超声分散15min，得到混合液，然后按混合液：聚乙烯醇水溶液体积比1:5加入浓度为6g/L的聚乙烯醇水溶液，室温下600rpm搅拌30min，静置2h，过滤，用水清洗沉淀，干燥，即得钛白废渣-聚乳酸复合物，经检测复合物的孔隙率为53％，表观密度为1.02g/cm3，比表面积为386m2/g。
实施例2钛白废渣-聚乳酸复合物的制备
S1：将钛白废渣置于马弗炉中在500℃下煅烧2h，冷却至室温，取出，研磨，过200目筛，得到钛白废渣预处理粉末；
S2：将钛白废渣预处理粉末和聚乳酸按质量比为0.3:1混合，按料液比1g/50mL加入混合溶剂，所述的混合溶剂为二氯甲烷和正己烷以10:1的体积比组成，超声分散10min，得到混合液，然后按混合液：聚乙烯醇水溶液体积比1:10加入浓度为4g/L的聚乙烯醇水溶液，室温下400rpm搅拌45min，静置1h，过滤，用水清洗沉淀，干燥，即得钛白废渣-聚乳酸复合物，经检测复合物的孔隙率为45％，表观密度为1.19g/cm3，比表面积为302m2/g。
实施例3碳化硅复合铁基的制备
本实施例的碳化硅复合铁基包括下表所示重量百分比计的组分：
配方1-4碳化硅复合铁基的制备：
S1：将电解铁粉、碳化硅加至气流磨制粉机中，在高纯度惰性气体的保护下进行气流磨，已被充分磨碎的微米随气流通过分选轮的缝隙，而未被充分磨碎的则不能通过，继续进行气流磨，直至粉体的粒径为50～75μm，得到混合粉末；
S2：将混合粉末和水玻璃混匀，加入占混合粉末重量1％的粒径为10～20μm木粉，继续混匀，造球，置于管式炉中，预通氮气，按升温速率为10℃/min快速升温至预设温度1000℃下高温焙烧2h，冷却取出，然后置于还原炉中，在800℃下通入3NL/min的H2经1h还原，即得碳化硅复合铁基。
配方5碳化硅复合铁基的制备步骤参考配方1-4。经检测配方1-5的碳化硅复合铁基呈多孔球状，球体直径为0.5～5mm，比表面积160～240m2/g。
实施例4-9富营养化水体处理剂的制备
实施例4-9富营养化水体处理剂包括下表所示重量百分比计的组分：
注：钛白废渣-聚乳酸复合物为实施例1制得。
富营养化水体处理剂的制备：将碳化硅复合铁基、钛白废渣-聚乳酸复合物和陶粒按相应的重量混合，即得。
对比例1富营养化水体处理剂的制备
对比例1富营养化水体处理剂包括下表所示重量百分比计的组分：实施例3配方5制得的碳化硅复合铁基55％、实施例1制得的钛白废渣-聚乳酸复合物35％和陶粒10％。
制备步骤参考上述实施例。
对比例2富营养化水体处理剂的制备
对比例2富营养化水体处理剂包括下表所示重量百分比计的组分：市售的海绵铁55％、实施例1制得的钛白废渣-聚乳酸复合物35％和陶粒10％。所述市售的海绵铁购自北京开碧源贸易有限责任公司。
制备步骤参考上述实施例。
对比例3富营养化水体处理剂的制备
对比例3富营养化水体处理剂包括下表所示重量百分比计的组分：实施例3配方1制得的碳化硅复合铁基55％、钛白废渣预处理粉末35％和陶粒10％。所述钛白废渣预处理粉末为实施例1步骤S1制得。
制备步骤参考上述实施例。
对比例4富营养化水体处理剂的制备
对比例4富营养化水体处理剂包括下表所示重量百分比计的组分：实施例1制得的钛白废渣-聚乳酸复合物70％和陶粒30％。
制备步骤参考上述实施例。
对比例5富营养化水体处理剂的制备
对比例5富营养化水体处理剂包括下表所示重量百分比计的组分：实施例3配方1制得的碳化硅复合铁基70％和陶粒30％。
制备步骤参考上述实施例。
对比例6富营养化水体处理剂的制备
对比例6富营养化水体处理剂包括下表所示重量百分比计的组分：市售的海绵铁55％、钛白废渣预处理粉末35％和陶粒10％。所述市售的海绵铁购自北京开碧源贸易有限责任公司，所述钛白废渣预处理粉末为实施例1步骤S1制得。
制备步骤参考上述实施例。
试验例一、水体处理剂对富营养化水体的处理效果评价
以广东省河源市某富营养化的河涌水为样品，评价本发明的富营养化水体处理剂对河涌水的处理效果，水体处理剂与河涌水的投放比例是2g:1L，结果见表1-3所示：
表1水体处理剂对富营养化水体的处理效果评价结果
结果显示，本发明的富营养化水体处理剂可显著降低水体中的硫化物、氟化物、总磷和总氮水平，对富营养化水体具有较佳的治理效果。
表2水体处理剂对富营养化水体的处理效果评价结果
注：BOD5为五日生化需氧量，CODCr为化学需氧量，CODMn为高锰酸盐指数。
结果显示，本发明的富营养化水体处理剂可显著降低水体中的BOD5、CODCr和CODMn水平，并可增加水体中的溶氧量，对富营养化水体具有较佳的治理效果。
表3水体处理剂对富营养化水体的处理效果评价结果
结果显示，本发明的富营养化水体处理剂可显著降低水体中的镉、铅、砷、汞和铬等重金属含量，对富营养化水体具有较佳的治理效果。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种富营养化水体处理剂，其特征在于，所述的富营养化水体处理剂包括以下重量百分比计的组分：碳化硅复合铁基35～60％、钛白废渣-聚乳酸复合物25～50％和陶粒5～20％。
2.根据权利要求1所述的富营养化水体处理剂，其特征在于，所述的富营养化水体处理剂包括以下重量百分比计的组分：碳化硅复合铁基40～55％、钛白废渣-聚乳酸复合物35～50％和陶粒5～15％。
3.根据权利要求2所述的富营养化水体处理剂，其特征在于，所述的富营养化水体处理剂包括以下重量百分比计的组分：碳化硅复合铁基55％、钛白废渣-聚乳酸复合物35％和陶粒10％。
4.根据权利要求1-3任一所述的富营养化水体处理剂，其特征在于，所述的碳化硅复合铁基为电解铁粉、碳化硅和水玻璃以(1.5～2.5):(0.5～1):(0.3～0.6)的质量比组成。
5.根据权利要求4所述的富营养化水体处理剂，其特征在于，所述的碳化硅复合铁基为电解铁粉、碳化硅和水玻璃以2.5:1:0.6的质量比组成。
6.根据权利要求4所述的富营养化水体处理剂，其特征在于，所述的碳化硅复合铁基呈多孔球状，球体直径为0.5～5mm，比表面积160～240m2/g。
7.根据权利要求4所述的富营养化水体处理剂，其特征在于，所述的碳化硅复合铁基的制备包括以下步骤：
S1：将电解铁粉、碳化硅加至气流磨制粉机中，在高纯度惰性气体的保护下进行气流磨，已被充分磨碎的微米随气流通过分选轮的缝隙，而未被充分磨碎的则不能通过，继续进行气流磨，直至粉体的粒径为50～75μm，得到混合粉末；
S2：将混合粉末和水玻璃混匀，加入占混合粉末重量0.5～1％的粒径为10～20μm木粉，继续混匀，造球，置于管式炉中，预通氮气，按升温速率为0～20℃/min快速升温至预设温度1000～1200℃下高温焙烧1～2h，冷却取出，然后置于还原炉中，在700～800℃下通入3NL/min的H2经1～2h还原，即得碳化硅复合铁基。
8.根据权利要求1-3任一所述的富营养化水体处理剂，其特征在于，所述的钛白废渣-聚乳酸复合物为钛白废渣预处理粉末和聚乳酸按质量比为0.3～0.6:1制成的具有多孔结构的微球。
9.根据权利要求8所述的富营养化水体处理剂，其特征在于，所述的钛白废渣-聚乳酸复合物的制备包括以下步骤：
S1：将钛白废渣置于马弗炉中在500～650℃下煅烧1～2h，冷却至室温，取出，研磨，过200目筛，得到钛白废渣预处理粉末；
S2：将钛白废渣预处理粉末和聚乳酸按质量比为0.3～0.6:1混合，按料液比1g/50～100mL加入混合溶剂，所述的混合溶剂为二氯甲烷和正己烷以8～10:1的体积比组成，超声分散10～15min，得到混合液，然后按混合液：聚乙烯醇水溶液体积比1:5～10加入浓度为4～6g/L的聚乙烯醇水溶液，室温下400～600rpm搅拌6～12h，静置1～2h，过滤，用水清洗沉淀，干燥，即得钛白废渣-聚乳酸复合物。
10.一种制备权利要求1所述的富营养化水体处理剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：将碳化硅复合铁基、钛白废渣-聚乳酸复合物和陶粒按相应的重量混合，即得。
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