CN109647337A - 一种脱氮除磷的复合吸附材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脱氮除磷的负荷吸附材料及其制备方法,属于水处理技术领域。所述制备方法如下:将柚子食用或加工后的废弃物柚子皮进行预处理,利用钢铁厂中铁锈、工业副产物废盐酸改性预处理后的柚子皮,制得改性生物炭;将自来水厂混凝池铝污泥进行预处理,并与改性生物炭通过水热合成法制得复合吸附剂。本发明利用柚子皮、铁锈、废盐酸和铝污泥制备复合吸附材料,变废为宝,生产工艺简单、易于操作、生产成本低廉,无有害物产生,制成的复合吸附材料,表面松弛多孔,能够去除水中的氮磷等污染物,具有良好的大规模生产和应用的前景。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域,具体涉及一种脱氮除磷的复合吸附材料及其制备方法。
背景技术
氮和磷均是动植生长所必须的元素,是蛋白质的构成元素之一,对人类有非常重要的意义。但是氮、磷元素的过量,对动植物的生长均会带来负面影响。如氮、磷在水中含量过高,会造成水体的富营养化,引发“赤潮”或“水华”等污染现象。为了有效遏制水体富营养化的趋势,不少国家地区都出台了严格的氮、磷排放标准。
柚子是我国南方主要水果之一,每年的产量约250万吨,产量巨大。袖子皮的结构致密,具有多孔结构从而有很好的吸附性能。然而目前柚子食用或者加工后,剩余的废弃物柚子皮经常被丢弃,这样既造成了物质的浪费,又对环境造成污染。
给水污泥是给水厂混凝沉淀过程中的副产物,在我国每年的给水污泥产量高达200×104t。尽管目前给水污泥被归为无污染固体废弃物,但是其巨大的产量仍给后续处理处置带来了挑战和能源消耗。目前,经过浓缩脱水后填埋是给水污泥的一般处理处置方法,这一过程往往消耗很大一部分能量,而且越来越严格的处置标准对给水厂是一个巨大的挑战。
针对以上问题,我司研发了一种新型的脱氮除磷的复合吸附材料。
发明内容
本发明为解决现有技术的不足,提供了一种节源环保、低成本的脱氮除磷复合吸附材料及其制备方法。
为实现上述目的,本发明提供了以下技术方案:
一种脱氮除磷的复合吸附材料,所述复合吸附材料主要由柚子皮、铁锈、废盐酸和铝污泥制得。
一种脱氮除磷的复合吸附材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将铝污泥脱水、风干制得含水率40wt%以下的脱水铝污泥,然后将脱水铝污泥置于105~110℃的烘干箱内进一步干燥,研磨并筛选,即得预处理后的铝污泥。
(2)将柚子皮风干、粉碎装入陶瓷坩埚中并压实,盖好后放入马弗炉中使柚子皮碳化,待马弗炉冷却至室温,取出碳化柚子皮,研磨并筛选,备用。
(3)将碳化柚子皮、铁锈、废盐酸和去离子水按一定的比例混合搅匀,静置8~12h,放置微波炉中,中低火下高温辐射6分钟,冷却至常温后用自来水漂洗,过滤,置于105~110℃的烘干箱中烘干,研磨并筛选,制得改性生物炭。
(4)将经过步骤(3)制得的改性生物炭、经过步骤(1)制得的预处理后的铝污泥、蒸馏水按100g:100g:1L的配比混合均匀,再用NaOH溶液将pH调至7.0,维持2h;于25℃恒温培养箱中放置48h后离心分离,用去离子水洗涤3~4次;并在105~110℃的烘干箱中干燥,冷却至常温,研磨并筛选,制得复合吸附材料。
进一步的,所述步骤(1)中马弗炉内的温度为350~450℃。
进一步的,所述碳化柚子皮、铁锈、废盐酸和去离子水的混合比例为1kg∶(1~2g)∶(5~9g)∶20L。
进一步的,所述步骤(1)至步骤(4)中,筛选过程均使用100目的筛网。
进一步的,所述铁锈中Fe2O3的含量为90~95%。
进一步的,所述废盐酸中HCl的含量为15~30%。
进一步的,所述铝污泥中铝元素的质量分数为10~15%。
本发明的有益效果在于:
(1)本发明所述的复合吸附材料,铁锈和废盐酸的掺杂不仅提高了柚子皮生物炭的炭含量,同时也促进了有机炭的固定,减少了炭污染。将改性后的生物炭与铝污泥制备复合吸附材料,不仅可以改变铝污泥表面酸性,而且使吸附剂表面孔隙变大,具有更强的吸附性能,因此复合吸附材料对污水中氮磷有良好的去除效果;
(2)本发明以柚子皮、铁锈、废盐酸和铝污泥作为原料,制备出兼具高效吸附水中氮磷的新型复合吸附材料,用于水处理,不仅达到了以废治废的目的,而且有效的解决了柚子皮和铝污泥资源化利用问题,制备成本低廉,具有良好的环境和经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中铝污泥的电镜图片;
图2是本发明中改性生物炭的电镜图片;
图3是本发明中复合吸附材料的电镜图片;
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式,都属于本发明所保护的范围。
实施例1
本发明提供了一种脱氮除磷的复合吸附材料,所述复合吸附材料由柚子皮、铁锈、废盐酸和铝污泥制得。
一种脱氮除磷的复合吸附材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)铝污泥预处理:将铝污泥脱水、风干使含水率降至40wt%以下,然后置于105℃烘箱进一步干燥,烘箱干燥时间为8h,研磨成细粉,过筛100目。
(2)柚子皮的预处理:将柚子皮风干、粉碎装入陶瓷坩埚中,轻轻压实,盖好后放入马弗炉中,在温度为400℃下,保持3.5h,待马弗炉冷却至室温,取出碳化柚子皮,磨细筛选100目,备用。
(3)制备改性生物炭:将碳化柚子皮、铁锈、废盐酸和去离子水按1kg∶1g∶5g∶20L的比例混合搅匀,静置10h,放置微波炉中,中低火下高温辐射6分钟,冷却至常温后用自来水漂洗,过滤,置于烘干箱中105℃下,烘干研磨成细粉,过筛100目。
(4)制备复合吸附材料:将制得的改性生物炭、预处理后的铝污泥、蒸馏水按100g∶100g∶1L的配比混合均匀,再用0.5mol/LNaOH将pH调至7.0,维持2h。于25℃恒温培养箱中放置48h后离心分离,用去离子水洗涤3次。并在105℃烘箱中干燥时间8h,冷却至常温,磨细过100目筛,制得复合吸附材料。
本实施例中,所述铁锈中Fe2O3的含量为90%,废盐酸中HCl的含量为15%,铝污泥中铝元素的质量分数为10%。
取50mL模拟废水(NH3-N 8mg/L、TN 15mg/L、TP 10mg/L)置于250mL锥形瓶中,加入1g由本实施例制得的复合吸附材料,放入水浴恒温振荡器中,在30℃下,振荡2h。取出部分吸附后的溶液移入30mL离心管中,在离心机转速为4000r/min下离心5min,取上清液。分别采用钼酸铵分光光度法(GB 11893-89)测定水中总磷含量,采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(GB 11894-89)测定水中总氮含量,采用纳氏试剂比色法(GB 7479-87)测定水中氨氮含量,并求其去除率。其中,总磷去除率为96%,总氮去除率为75%,氨氮去除率为88%。
实施例2
本实施例与实施例1的区别特征在于,所述碳化柚子皮、铁锈、废盐酸和去离子水按1kg∶1.2g∶6g∶20L的比例混合,所述铁锈中Fe2O3的含量为91%,废盐酸中HCl的含量为19%,铝污泥中铝元素的质量分数为11%。
用与实施例1相同的试验方法测得本实施例中制得的复合吸附材料的总磷去除率为97%,总氮去除率为78%,氨氮去除率为90%。
实施例3
所述碳化柚子皮、铁锈、废盐酸和去离子水按1kg∶1.5g∶7g∶20L的比例混合,所述铁锈中Fe2O3的含量为92.5%,废盐酸中HCl的含量为23%,铝污泥中铝元素的质量分数为12%。
用与实施例1相同的试验方法测得本实施例中制得的复合吸附材料的总磷去除率为96%,总氮去除率为78%,氨氮去除率为88%。
实施例4
所述碳化柚子皮、铁锈、废盐酸和去离子水按1kg∶1.8g∶8g∶20L的比例混合,所述铁锈中Fe2O3的含量为94%,废盐酸中HCl的含量为27%,铝污泥中铝元素的质量分数为14%。
用与实施例1相同的试验方法测得本实施例中制得的复合吸附材料的总磷去除率为97%,总氮去除率为76%,氨氮去除率为87%。
实施例5
所述碳化柚子皮、铁锈、废盐酸和去离子水按1kg∶2g∶9g∶20L的比例混合,所述铁锈中Fe2O3的含量为95%,废盐酸中HCl的含量为30%,铝污泥中铝元素的质量分数为15%。
用与实施例1相同的试验方法测得本实施例中制得的复合吸附材料的总磷去除率为95%,总氮去除率为74%,氨氮去除率为89%。
实验验证:
以实施例1为例,分别取少许实施例1中制备的铝污泥吸附剂、改性生物炭吸附剂和复合吸附剂,置于喷铂金的小铜片上,于JSM-6490LV型SEM下,放大2000倍,观察吸附材料的微观形貌,拍摄电镜图片,如图1-图3所示。
从图1-图3提供的吸附剂扫描电镜图片中可以看到,铝污泥吸附剂表面孔隙很小,改性生物炭吸附剂表面粗糙,复合吸附材料表面松弛、呈现出形成小空隙的卷边结构的板状体,这样的结构改变可使吸附剂的吸附能力得到增强。对比图1、图2和图3可看出,复合吸附材料表面松弛度明显大于改性生物炭吸附剂和铝污泥吸附剂,这说明,改性生物炭和铝污泥复合制得的吸附剂吸附性能得到了提高。
根据以上所述的实施例得知,本发明将改性后的生物炭与铝污泥制备复合吸附材料,不仅可以改变铝污泥表面酸性,而且使吸附剂表面孔隙变大,具有更强的吸附性能,因此复合吸附材料对污水中氮磷有良好的去除效果;此外,本发明以柚子皮、铁锈、废盐酸和铝污泥作为原料,制备出兼具高效吸附水中氮磷的新型复合吸附材料,用于水处理,不仅达到了以废治废的目的,而且有效的解决了柚子皮和铝污泥资源化利用问题,制备成本低廉,具有良好的环境和经济效益。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种脱氮除磷的复合吸附材料,其特征在于:所述复合吸附材料主要由柚子皮、铁锈、废盐酸和铝污泥制得。
2.一种制备权利要求1所述的脱氮除磷复合吸附材料的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将铝污泥脱水、风干制得含水率40wt%以下的脱水铝污泥,然后将脱水铝污泥置于105~110℃的烘干箱内进一步干燥,研磨并筛选,即得预处理后的铝污泥;
(2)将柚子皮风干、粉碎装入陶瓷坩埚中并压实,盖好后放入马弗炉中使柚子皮碳化,待马弗炉冷却至室温,取出碳化柚子皮,研磨并筛选,备用;
(3)将碳化柚子皮、铁锈、废盐酸和去离子水按一定的比例混合搅匀,静置8~12h,放置微波炉中,中低火下高温辐射6分钟,冷却至常温后用自来水漂洗,过滤,置于105~110℃的烘干箱中烘干,研磨并筛选,制得改性生物炭;
(4)将经过步骤(3)制得的改性生物炭、经过步骤(1)制得的预处理后的铝污泥、蒸馏水按100g∶100g∶1000L的配比混合均匀,再用NaOH溶液将pH调至7.0,维持2h;于25℃恒温培养箱中放置48h后离心分离,用去离子水洗涤3~4次;并在105~110℃的烘干箱中干燥,冷却至常温,研磨并筛选,制得复合吸附材料。
3.根据权利要求2所述的一种脱氮除磷的复合吸附材料的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中马弗炉内的温度为350~450℃。
4.根据权利要求2所述的一种脱氮除磷的复合吸附材料的制备方法,其特征在于:所述碳化柚子皮、铁锈、废盐酸和去离子水的混合比例为1kg∶(1~2g)∶(5~9g)∶20L。
5.根据权利要求2所述的一种脱氮除磷的复合吸附材料的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)至步骤(4)中,筛选过程均使用100目的筛网。
6.根据权利要求2所述的一种脱氮除磷的复合吸附材料的制备方法,其特征在于:所述铁锈中Fe2O3的含量为90~95%。
7.根据权利要求2所述的一种脱氮除磷的复合吸附材料的制备方法,其特征在于:所述废盐酸中HCl的含量为15~30%。
8.根据权利要求2所述的一种脱氮除磷的复合吸附材料的制备方法,其特征在于:所述铝污泥中铝元素的质量分数为10~15%。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190419 |
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