CN109833848B - 一种去除水体中磷元素的晶须网织材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种去除水体中磷元素的晶须网织材料及其制备方法，用莫来石晶须、蒙脱石层间材料和亲磷的丙烯酸钙材料，经过液压机压制成一种人工网织筛作为吸附材料，吸附水体中的有机磷和无机磷，用晶须材料通过压制搭建而形成的人工的孔隙作为吸附中心，这种人工搭建的孔隙在完成吸附后可以用机械打散的方式拆除，孔隙拆除后被吸附的磷化合物就自动脱附出来，能够实现吸附剂的再生使用；将磷含量3.0‑4.5mg/L的含磷污水浸润流过晶须网织吸附饼饼层，经过3‑5层50cm(长)×50cm(宽)×10cm(厚)的晶须网织吸附饼浸润流过，总磷的去除率＞85％。

Description

一种去除水体中磷元素的晶须网织材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及吸附材料合成领域，特别涉及水体中磷元素吸附，具体涉及一种去除水体中磷元素的晶须网织材料及其制备方法。
背景技术
磷是江河水体“富营养化”和藻类生长的关键因素，去除水体中磷污染巳成为我国亟待解决的重大生态环境课题，目前国内外普遍采用的除磷方法主要有化学除磷法、生物除磷法和吸附除磷法等，化学除磷法的除磷效率高,但是费用高,产生的污泥量大；生物除磷法化学污泥少,节约能源,且运行费用较低,其中，南非开普敦大学的UTC工艺是目前各国广泛应用的生物除磷技术；吸附法无二次污染、易操作也是目前常用的方法,但是吸附法如何脱附是急需解决的问题，如果能够解决吸附-脱附完整循环、实现吸附材料的再生，将对于江河中的磷污染去除、对于水体保护起到重大促进作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种去除水体中磷元素的晶须网织材料及其制备方法，其原理是：用莫来石晶须、蒙脱石层间材料和亲磷的丙烯酸钙材料，经过液压机压制成一种人工网织筛作为吸附材料，吸附水体中的有机磷和无机磷。本发明的创新点在于：不是采用传统的多孔吸附材料作吸附剂，而是用晶须材料通过压制搭建而形成的人工的孔隙作为吸附中心，这种人工搭建的孔隙在完成吸附后可以用机械打散的方式拆除，孔隙拆除后被吸附的磷化合物就自动脱附出来，能够实现吸附剂的再生使用。本发明的特色在于：把矿物材料和处理技术应用于节能环保领域，材料来自于矿物材料、来源丰富、成本低；吸附效率高、处理周期比生物法快；有大规模推广应用的潜力。
本发明按以下步骤进行：
(1)原料的混和
按质量份(以下用量均为质量份)取10份莫来石晶须、1-10份蒙脱石层间材料和3-10份丙烯酸钙，搅拌混和，得到混和固态物质。
(2)混和固态物质的烘干
将得到的混和固态物质在130℃-180℃范围烘干2-6小时。
(3)烘干后的混和固态物质焙烧
将烘干后的产物放入箱式电炉，从室温升温到250℃-350℃，焙烧2.0-5.0小时，获得疏松的块状含丙烯酸钙的莫来石晶须-蒙脱石层间改性矿物材料初品。
(4)材料初品的压制成型
将含丙烯酸钙的莫来石晶须-蒙脱石层间改性矿物材料初品，经过压力机压制成型得到一种能够去除水体中磷元素的晶须网织材料成品，压制材料的目的是为了使晶须材料和层间材料形成人工搭建的“多孔”材料，材料的形状对除磷效果没有影响，为了统一实验条件、简化实验周期，实验中统一压制成50cm(长)×50cm(宽)×10cm(厚)的吸附饼，称为晶须网织吸附饼；压力对吸附效果有影响较大，用10吨液压机压制即可达到要求，产品的耐压强度在3-10MPa。
(5)水体中磷的去除
将含磷污水浸润流过晶须网织吸附饼饼层，在除磷过程中选用某好氧池的出水进行处理，其磷含量3.0-4.5mg/L，经过3-5层50cm(长)×50cm(宽)×10cm(厚)的晶须网织吸附饼浸润流过，总磷的去除率＞85％。
(6)晶须网织吸附材料脱附和循环使用
将吸附了有机物磷、无机磷的晶须网织吸附饼，放入饼体积2-10倍的水中，搅拌打散、拆散吸附孔等吸附中心，将吸附物从晶须网织吸附材料中脱附出来，脱附后的晶须网织吸附材料得到再生后可以反复循环使用；脱附到水中的有机物磷、无机磷吸附经过晾晒分离出来，可以作为固体磷肥出售。
晶须网织吸附材料处理水体中磷污染物的工艺流程图如图1所示。
附图说明
附图1.晶须网织吸附材料处理水体中磷污染物的工艺流程图；附图2.是根据实施例1得到的晶须网织材料SEM图
具体实施方式
实施例1：取10份莫来石晶须、5份蒙脱石层间材料和5份丙烯酸钙，搅拌混和，将得到的混和固态物质在150℃烘干6小时，将烘干后的产物放入箱式电炉，从室温升温到350℃，在350℃焙烧5.0小时，获得疏松的块状含丙烯酸钙的莫来石晶须-蒙脱石层间改性矿物材料初品，用10吨液压机压制成50cm(长)×50cm(宽)×10cm(厚)的吸附饼，吸附饼的耐压强度为5MPa，将磷含量4.3mg/L的含磷污水浸润通过5层50cm(长)×50cm(宽)×10cm(厚)的晶须网织吸附饼，流出水中总磷含量为0.21mg/L，即总磷的去除率为95.1％。将吸附了磷的晶须网织吸附饼放入饼体积10倍的水中，搅拌打散、拆散吸附孔等吸附中心，将吸附物从晶须网织吸附材料中脱附出来，脱附后的晶须网织吸附材料得到再生后反复循环使用；脱附到水中的有机物磷、无机磷吸附经过晾晒分离出来，可以作为固体磷肥。
实施例2：取10份莫来石晶须、1份蒙脱石层间材料和3份丙烯酸钙，搅拌混和，将得到的混和固态物质在180℃烘干4小时，将烘干后的产物放入箱式电炉，从室温升温到300℃，在300℃焙烧4.0小时，获得疏松的块状含丙烯酸钙的莫来石晶须-蒙脱石层间改性矿物材料初品，用10吨液压机压制成50cm(长)×50cm(宽)×10cm(厚)的吸附饼，吸附饼的耐压强度为10MPa，将磷含量3.3mg/L的含磷污水浸润通过3层50cm(长)×50cm(宽)×10cm(厚)的晶须网织吸附饼，流出水中总磷含量为0.47mg/L，即总磷的去除率为85.8％。将吸附了磷的晶须网织吸附饼放入饼体积5倍的水中，搅拌打散、拆散吸附孔等吸附中心，将吸附物从晶须网织吸附材料中脱附出来，脱附后的晶须网织吸附材料得到再生后反复循环使用；脱附到水中的有机物磷、无机磷吸附经过晾晒分离出来，可以作为固体磷肥。
实施例3：取10份莫来石晶须、10份蒙脱石层间材料和10份丙烯酸钙，搅拌混和，将得到的混和固态物质在130℃烘干2小时，将烘干后的产物放入箱式电炉，从室温升温到250℃，在250℃焙烧3.0小时，获得疏松的块状含丙烯酸钙的莫来石晶须-蒙脱石层间改性矿物材料初品，用10吨液压机压制成50cm(长)×50cm(宽)×10cm(厚)的吸附饼，吸附饼的耐压强度为3MPa，将磷含量3.8mg/L的含磷污水浸润通过3层50cm(长)×50cm(宽)×10cm(厚)的晶须网织吸附饼，流出水中总磷含量为0.31mg/L，即总磷的去除率为91.8％。将吸附了磷的晶须网织吸附饼放入饼体积8倍的水中，搅拌打散、拆散吸附孔等吸附中心，将吸附物从晶须网织吸附材料中脱附出来，脱附后的晶须网织吸附材料得到再生后反复循环使用；脱附到水中的有机物磷、无机磷吸附经过晾晒分离出来，可以作为固体磷肥。
实施例4：取10份莫来石晶须、8份蒙脱石层间材料和8份丙烯酸钙，搅拌混和，将得到的混和固态物质在160℃烘干3小时，将烘干后的产物放入箱式电炉，从室温升温到280℃，在280℃焙烧3.5小时，获得疏松的块状含丙烯酸钙的莫来石晶须-蒙脱石层间改性矿物材料初品，用10吨液压机压制成50cm(长)×50cm(宽)×10cm(厚)的吸附饼，吸附饼的耐压强度为7MPa，将磷含量3.1mg/L的含磷污水浸润通过3层50cm(长)×50cm(宽)×10cm(厚)的晶须网织吸附饼，流出水中总磷含量为0.26mg/L，即总磷的去除率为91.6％。将吸附了磷的晶须网织吸附饼放入饼体积4倍的水中，搅拌打散、拆散吸附孔等吸附中心，将吸附物从晶须网织吸附材料中脱附出来，脱附后的晶须网织吸附材料得到再生后反复循环使用；脱附到水中的有机物磷、无机磷吸附经过晾晒分离出来，可以作为固体磷肥。

Claims (3)

1.一种去除水体中磷元素的晶须网织材料的制备方法，其特征在于：包括以下质量份数的原料：10份莫来石晶须、1-10份蒙脱石层间材料和3-10份丙烯酸钙；其制备步骤特征在于：按质量份取10份莫来石晶须、1-10份蒙脱石层间材料和3-10份丙烯酸钙，搅拌混和，得到混和固态物质；将得到的混和固态物质在130℃-180℃范围烘干2-6小时；烘干后的混和固态物质焙烧将烘干后的产物放入箱式电炉，从室温升温到250℃-350℃，焙烧2.0-5.0小时，获得疏松的块状含丙烯酸钙的莫来石晶须-蒙脱石层间改性矿物材料初品；将含丙烯酸钙的莫来石晶须-蒙脱石层间改性矿物材料初品，经过压力机压制成型得到一种能够去除水体中磷元素的晶须网织材料成品。
2.根据权利要求1所述的一种去除水体中磷元素的晶须网织材料的制备方法，其使用步骤特征在于：将含磷污水浸润流过晶须网织吸附饼饼层，在除磷过程中选用某好氧池的出水进行处理，其磷含量3.0-4.5mg/L，经过3-5层50cm长×50cm宽×10cm厚的晶须网织吸附饼浸润流过，总磷的去除率＞85％。
3.根据权利要求1所述一种去除水体中磷元素的晶须网织材料的制备方法，其使用步骤特征在于：将吸附了有机物磷、无机磷的晶须网织吸附饼，放入饼体积2-10倍的水中，搅拌打散、拆散吸附孔等吸附中心，将吸附物从晶须网织吸附材料中脱附出来，脱附后的晶须网织吸附材料得到再生后可以反复循环使用；脱附到水中的有机物磷、无机磷吸附经过晾晒分离出来，可以作为固体磷肥。
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