CN111530410A - 一种基于天然沸石合成分子筛废料制备除磷吸附剂的方法 - Google Patents

一种基于天然沸石合成分子筛废料制备除磷吸附剂的方法 Download PDF

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Abstract

一种基于天然沸石合成分子筛废料制备除磷吸附剂的方法属于环境工程技术领域。对天然沸石合成分子筛产生的废料滤渣进行镧改性，制备出具有磷酸盐吸附性能的镧改性滤渣，可用于市政污水厂二级处理出水深度除磷。本发明基于分子筛合成废料滤渣具有的孔道丰富、比表面积大以及碱性强的特点，成功将镧元素负载到了滤渣孔道表面，使其具备了较强的磷酸盐吸附性能，实现了废物的综合利用。本发明提出了一种综合利用分子筛合成废料滤渣的解决方案，对于污水深度处理有较好的应用前景。

Description

一种基于天然沸石合成分子筛废料制备除磷吸附剂的方法
技术领域
本发明涉及一种基于天然沸石合成分子筛产生的废料——滤渣制备镧改性除磷吸附剂的方法。属于环境工程技术领域。
背景技术
磷既是一种重要的自然资源，又是水环境的主要污染物之一，过量的磷存在于水体会导致富营养化现象，严重危害水生环境。文献研究表明，大多数藻类等水生生物对磷比对氮更为敏感，因此控制磷排放对于解决水体富营养化问题更具实际意义。
受传统污水生物处理工艺技术限制，市政污水厂出水中仍含有一定浓度的氮磷，回用于景观水体会导致水体富营养化问题。因此，市政污水厂出水深度除磷是控制水体富营养化的一个有效措施。目前污水除磷方法主要有生物法、化学沉淀法、结晶法、吸附法等，其中，前3种技术或多或少地存在工艺复杂、初期投入高、二次污染等问题，且对于低浓度含磷污水去除效果不佳。吸附法工艺简单，效果稳定，且通过解吸手段可实现吸附剂重复利用与磷资源回收，对于低浓度市政污水厂出水深度处理与资源回收具有潜在应用前景。
目前，磷吸附性能较好的吸附剂主要是人工合成材料，包括类水滑石及多种金属氧化物，但此类材料大多是全试剂合成，制备成本高，工艺复杂，实际应用价值不高。而一些天然矿物价格低廉，来源广泛，但其磷吸附量却较低。相关研究表明，稀土元素镧可改性吸附材料，经镧改性的吸附剂对磷酸盐具有较好的吸附去除效果。
在以天然沸石为原料合成分子筛的过程中，沸石矿物经碱溶、过滤提取硅源后产生废料滤渣，其内部具有丰富的孔道和较大的比表面积，非常适合作为改性吸附剂的基体。镧元素用于吸附剂改性可提高吸附剂除磷能力，将稀土元素镧与废料滤渣结合以实现对磷酸盐的去除，同时由于滤渣呈强碱性，也节省了改性过程中碱的消耗。
因此，本发明利用稀土元素镧对废料滤渣进行改性，制备出了具有较强磷酸盐吸附能力的镧改性滤渣，实现了材料的废物利用，为天然矿物在水处理方面的应用提供了技术参考。
发明内容
本发明利用分子筛合成废料——滤渣制备出一种磷酸盐吸附剂。
首先对废料滤渣进行研磨过筛处理，然后用氯化镧溶液对其进行改性，即制备出具有磷酸盐吸附性能的改性滤渣吸附剂(图1)。
具体的制备工艺是：取一定量废料滤渣(研磨，过100目筛)于三颈烧瓶中，按固液质量比1:20加入质量百分比浓度为3.35％的氯化镧溶液，加入一定量的氢氧化钠溶液调节混合液的pH值为11，将烧瓶置于磁力搅拌器中，60℃下搅拌反应12h，将混合液抽滤、冲洗至pH为中性后烘干，既得镧改性滤渣(研磨，过80目筛)(图2)。
具体的生成机理是：废料滤渣是天然沸石碱溶处理后剩余的难溶组分，具有丰富的孔道和较大的比表面积，为镧元素改性提供了负载位点，同时所呈现出的强碱性也减少了改性过程中碱的消耗量。经过氯化镧溶液改性之后，镧元素以La2O3的形式负载在滤渣的表面和内部的孔道中，即形成镧改性滤渣。
为考察吸附剂的吸附性能，本发明在实验室配水条件下进行了静态吸附实验，考察了吸附剂对磷酸盐的具体吸附效果。实验结果表明，与滤渣原料相比，镧改性滤渣的磷酸盐吸附性能大大提升，吸附量由1.26mg/g上升到了45.01mg/g，吸附性能提高了35倍，与常见的人工合成阴离子吸附剂——水滑石的除磷性能相当，但更具有经济效益。因此，本发明的吸附剂对于污水厂尾水深度处理有很好的应用前景。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明发现将稀土元素镧与分子筛合成废料滤渣相结合，能够赋予其磷酸盐吸附性能。经过镧改性之后，废料滤渣的磷酸盐吸附性能提高了35倍。
(2)本发明制备出的镧改性滤渣吸附剂吸附量最高可达45.01mg/g，优于或相当于大部分常见的除磷吸附剂的吸附性能，且所用原料为废料滤渣，实现了材料的废物利用，具有一定的经济效益。
附图说明
图1制备出的镧改性滤渣；
图2分子筛合成废物滤渣产生与镧改性滤渣制备；
图3镧溶液浓度对镧改性滤渣吸附性能的影响；
图4反应时间对镧改性滤渣吸附性能的影响；
图5静态吸附实验效果对比；
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实例旨在说明本发明，并不限制本发明的范围。
本发明主要适用于市政污水厂二级处理出水深度除磷。
首先通过改变吸附剂制备过程中的镧溶液浓度和反应时间，优选出最佳的制备条件(优选实施方式)。
然后以最佳制备条件制备出镧改性滤渣吸附剂，并将以镧改性滤渣为吸附剂的实验组与单纯废料滤渣为吸附剂的对照组进行静态吸附实验，通过实验结果分析镧改性滤渣的吸附效果，并进一步探究其可能存在的除磷机理(实施例)。
优选实施方式
(1)镧溶液浓度
设置镧溶液浓度分别为0.15％、0.55％、0.95％、1.35％、1.75％、2.15％、2.55％、2.95％、3.35％、3.75％、4.15％(质量浓度)，在反应时间为12h，且其他条件与之前所述的制备工艺相同的条件下，制备出一系列镧改性滤渣。
准确称取0.1g不同镧改性滤渣，放入盛有100mL，KH2PO4浓度为50mg/L(以P计)的锥形瓶中。在25℃，220r/min的条件下恒温振荡吸附12h后，取上清液测定磷酸盐浓度，计算其平衡吸附量。(附图3)
(2)反应时间
设置反应时间分别为2、4、8、12、16h，在最佳镧溶液浓度且其他条件与之前所述的制备工艺相同的条件下，制备出一系列镧改性滤渣。
准确称取0.1g不同镧改性滤渣，放入盛有100mL，KH2PO4浓度为50mg/L(以P计)的锥形瓶中。在25℃，220r/min的条件下恒温振荡吸附12h后，取上清液测定磷酸盐浓度，计算其平衡吸附量。(附图4)
通过上述实验结果可知，镧改性滤渣制备过程中的最佳镧溶液浓度为3.35％(质量浓度)，适宜反应时间为12h。随着镧溶液浓度的上升，改性滤渣的磷酸盐吸附性能先逐渐提高而后开始下降，分析原因可能是随着镧溶液浓度升高，负载在滤渣表面的镧元素逐渐增多，使得磷酸盐吸附量逐渐上升，但当镧溶液浓度过高时，部分负载的La2O3堵塞吸附剂孔隙，阻碍了磷酸盐进入滤渣内部孔道，导致吸附性能下降。当镧溶液浓度为3.35％时，改性滤渣的磷酸盐吸附容量达到最大，可达45.01mg/g。
实施例
镧改性滤渣吸附剂的制备：取一定量废料滤渣(研磨，过100目筛)于三颈烧瓶中，按固液质量比1:20加入质量百分比浓度为3.35％的氯化镧溶液，加入一定量的氢氧化钠溶液调节混合液的pH值为11，将烧瓶置于磁力搅拌器中，60℃下搅拌反应12h，将混合液抽滤、冲洗至pH为中性后烘干，既得镧改性滤渣。
实验室模拟配水：KH2PO4浓度为50mg/L(以P计)，同时用1mol·L-1的盐酸和1mol·L-1氢氧化钠溶液调节配水的pH值维持在5～7。
实验组的吸附剂采用0.1g镧改性滤渣(过80目筛)放到含100ml配水的500mL锥形瓶中。对照组的吸附剂采用相同质量的单纯废料滤渣(过80目筛)，其他控制条件均与试验组相同。在25℃，220r/min的条件下恒温振荡吸附12h后，取上清液测定磷酸盐浓度，计算其平衡吸附量。(附图5)
通过图5所示的实验结果可知，相较于废料滤渣，镧改性滤渣的磷酸盐吸附量由1.26mg/g上升到了45.01mg/g，吸附性能提高了35倍。进一步说明本发明所制备出的吸附剂具有高效的磷酸盐吸附性能。
分析镧改性滤渣除磷机理如下：天然沸石经碱溶之后所得的废料滤渣中含有大量的微小孔道和较大的比表面积，经过镧改性之后，镧元素会以La2O3的形式负载在滤渣的表面及其内部的微小孔道中，在水中发生羟基化反应生成La-OH，与磷酸盐发生络合配位与静电吸附作用被去除。

Claims (1)

1.一种基于天然沸石合成分子筛废料制备除磷吸附剂的方法，其特征在于，对废料滤渣用氯化镧溶液进行改性，废料滤渣与氯化镧溶液的固液质量比为1:20，氯化镧溶液的质量百分比浓度为3.35％，用氢氧化钠溶液调节混合液的pH值为11，在60℃下搅拌反应12h，将混合液抽滤、冲洗至pH为中性后烘干。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112691638A (zh) * 2020-12-08 2021-04-23 广西博世科环保科技股份有限公司 一种基于催化剂滤渣改性的prb填料及其制备方法
CN113457618A (zh) * 2021-07-27 2021-10-01 北京师范大学珠海校区 一种环境修复用镧掺杂有序介孔分子筛及其制备方法和应用
CN116586039A (zh) * 2023-04-03 2023-08-15 浙江工业大学 镧改性纳米壳聚糖多孔级zsm-5复合材料的制备方法及应用

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102380343A (zh) * 2011-08-31 2012-03-21 环境保护部华南环境科学研究所 一种微污染水同步脱氮除磷改性人工沸石及其制备方法
CN104525090A (zh) * 2014-12-01 2015-04-22 四川大学 一种用于污水除磷的吸附剂及其制备方法
CN104556460A (zh) * 2013-10-12 2015-04-29 中国石油化工股份有限公司 一种psry分子筛生产废水的除氟除磷方法
CN105381782A (zh) * 2015-12-10 2016-03-09 复旦大学 一种去除水中氨氮和磷酸盐的改性沸石吸附剂及其制备和再生方法
CN106669598A (zh) * 2016-12-21 2017-05-17 浙江大学 用于去除水中阴离子污染物的新型沸石吸附剂及制备方法
CN106732343A (zh) * 2016-11-22 2017-05-31 衢州学院 一种改性沸石的制备方法及制备得到的改性沸石
CN107376834A (zh) * 2017-08-31 2017-11-24 常州富思通管道有限公司 一种处理养殖污染的渔用围网的制备方法
CN110935416A (zh) * 2019-11-22 2020-03-31 武汉理工大学 一种用于同步脱氮除磷的NaCl-La(OH)3改性沸石的制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102380343A (zh) * 2011-08-31 2012-03-21 环境保护部华南环境科学研究所 一种微污染水同步脱氮除磷改性人工沸石及其制备方法
CN104556460A (zh) * 2013-10-12 2015-04-29 中国石油化工股份有限公司 一种psry分子筛生产废水的除氟除磷方法
CN104525090A (zh) * 2014-12-01 2015-04-22 四川大学 一种用于污水除磷的吸附剂及其制备方法
CN105381782A (zh) * 2015-12-10 2016-03-09 复旦大学 一种去除水中氨氮和磷酸盐的改性沸石吸附剂及其制备和再生方法
CN106732343A (zh) * 2016-11-22 2017-05-31 衢州学院 一种改性沸石的制备方法及制备得到的改性沸石
CN106669598A (zh) * 2016-12-21 2017-05-17 浙江大学 用于去除水中阴离子污染物的新型沸石吸附剂及制备方法
CN107376834A (zh) * 2017-08-31 2017-11-24 常州富思通管道有限公司 一种处理养殖污染的渔用围网的制备方法
CN110935416A (zh) * 2019-11-22 2020-03-31 武汉理工大学 一种用于同步脱氮除磷的NaCl-La(OH)3改性沸石的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李佳等: "镧改性沸石对水中磷酸盐和铵的去除性能", 《上海海洋大学学报》 *
杨敏等: "氢氧化钠改性沸石对水中Cu~(2+)的吸附特性研究", 《环境污染与防治》 *
王佳蕾等: "沸石的性能及在废水治理中的应用", 《河北化工》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112691638A (zh) * 2020-12-08 2021-04-23 广西博世科环保科技股份有限公司 一种基于催化剂滤渣改性的prb填料及其制备方法
CN113457618A (zh) * 2021-07-27 2021-10-01 北京师范大学珠海校区 一种环境修复用镧掺杂有序介孔分子筛及其制备方法和应用
CN116586039A (zh) * 2023-04-03 2023-08-15 浙江工业大学 镧改性纳米壳聚糖多孔级zsm-5复合材料的制备方法及应用

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