CN113244880A - 一种高效除磷的烧结陶粒、其制备方法及其再生方法 - Google Patents
一种高效除磷的烧结陶粒、其制备方法及其再生方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113244880A CN113244880A CN202110668672.XA CN202110668672A CN113244880A CN 113244880 A CN113244880 A CN 113244880A CN 202110668672 A CN202110668672 A CN 202110668672A CN 113244880 A CN113244880 A CN 113244880A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ceramsite
- sintered
- sintered ceramsite
- regeneration method
- phosphorus
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 73
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 title claims abstract description 73
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 73
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 title claims abstract description 67
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 37
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims description 25
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 22
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims description 16
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims description 15
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 14
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 claims description 13
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 claims description 13
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 12
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 9
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 9
- FUFJGUQYACFECW-UHFFFAOYSA-L calcium hydrogenphosphate Chemical compound [Ca+2].OP([O-])([O-])=O FUFJGUQYACFECW-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 claims description 8
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 8
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 8
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 claims description 7
- 229910000391 tricalcium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052661 anorthite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- GWWPLLOVYSCJIO-UHFFFAOYSA-N dialuminum;calcium;disilicate Chemical compound [Al+3].[Al+3].[Ca+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GWWPLLOVYSCJIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 4
- 235000019700 dicalcium phosphate Nutrition 0.000 claims description 4
- 229910001678 gehlenite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 4
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 4
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 4
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 3
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005453 pelletization Methods 0.000 abstract 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- -1 phosphate radicals Chemical class 0.000 description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 description 2
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 2
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 2
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 1
- 239000007836 KH2PO4 Substances 0.000 description 1
- 239000005909 Kieselgur Substances 0.000 description 1
- 208000001132 Osteoporosis Diseases 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 description 1
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 description 1
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010170 biological method Methods 0.000 description 1
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 description 1
- 239000013043 chemical agent Substances 0.000 description 1
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 210000004373 mandible Anatomy 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910000402 monopotassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000017074 necrotic cell death Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/10—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
- B01J20/103—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate comprising silica
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
- B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
- B01J20/28016—Particle form
- B01J20/28019—Spherical, ellipsoidal or cylindrical
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
- B01J20/34—Regenerating or reactivating
- B01J20/345—Regenerating or reactivating using a particular desorbing compound or mixture
- B01J20/3475—Regenerating or reactivating using a particular desorbing compound or mixture in the liquid phase
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
- B01J20/34—Regenerating or reactivating
- B01J20/3483—Regenerating or reactivating by thermal treatment not covered by groups B01J20/3441 - B01J20/3475, e.g. by heating or cooling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/105—Phosphorus compounds
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Water Treatment By Sorption (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高效除磷的烧结陶粒，由以下用量的原料制成：造纸白泥40‑60wt％、粉煤灰40‑60wt％。本发明还公开一种高效除磷的烧结陶粒的制备方法，包括如下制备步骤：(1)将原料造纸白泥、粉煤灰按配比混匀后，经离心式成球机制成生球；(2)将步骤(1)制得的生球自然养护后烘干；(3)煅烧获得烧结陶粒。本发明还公开一种高效除磷的烧结陶粒的再生方法，其特征在于，将吸附磷后的烧结陶粒再生方法包括：煅烧再生方法、酸洗再生方法、碱洗再生方法中的任意一种。本发明的烧结陶粒的原料为造纸厂和燃煤电厂的固体废弃物，材料易得且对废弃物进行再利用，节省资源，而本发明的制备方法及其再生过程简单、除磷快速且高效。
Description
技术领域
本发明属于材料制备和环境工程水处理的技术领域，具体涉及一种高效除磷的烧结陶粒、其制备方法及其再生方法。
背景技术
近二十年来，我国磷化工得到了迅速发展，但同时磷带来的环境污染也日趋严重，已经威胁到水生生物的生存和人类的健康。例如，长期饮用磷超标的水可使人的骨质疏松，发生下颌骨坏死等病变。
目前，应用较广泛的除磷技术有化学沉淀法、生物法和吸附法等。吸附法由于具有占地面积小、工艺简单、操作方便、无二次污染等特点而倍受关注。吸附剂是吸附法的核心，其性能优劣决定了分离效果的好坏。常见的除磷吸附剂有氧化铝、沸石、硅藻土、膨润土等。为了保护环境，降低成本，本着“以废治污”的理念，利用废弃物制备的除磷吸附剂开始成为研究与应用热点。可以制备除磷吸附剂的废弃物主要包括水厂污泥、生物质废物、工业废渣等。而工业废渣包括钢渣、粉煤灰、赤泥等，原料选择范围广泛，除磷效果较为理想。
陶粒作为一种新型的、优良的水处理滤料——吸附剂，不仅需要具备吸附容量大、吸附平衡时间短、吸附操作简单易行等特点，还需具备较好的再生能力。近年来，国内外科技工作者对吸附剂的再生方法及应用开展了大量的研究工作。其中，应用较广泛的陶粒再生技术有高温煅烧法、酸洗解吸法、碱洗解吸法等。酸洗解吸法和碱洗解吸法都属于陶粒再生中的化学药剂再生法，其针对性强，设备简单，具有经济优势；可从再生液中回收有用物质；操作过程可以在吸附容器内进行，陶粒损失小。而与其他再生方法相比，高温煅烧法具有普适性、再生效率高、易于操作及不产生再生废液等优点。如何更好的控制再生条件及选用合适的再生设备是陶粒再生研究的核心。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高效除磷的烧结陶粒、其制备方法及其再生方法，其原料为造纸厂和燃煤电厂的固体废弃物，制备方法及其再生过程简单、除磷快速且高效。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种高效除磷的烧结陶粒，其创新点在于，烧结陶粒以造纸白泥和粉煤灰为主要原料，其中，造纸白泥40-60wt％；粉煤灰40-60wt％。
本发明的实施例还提供一种高效除磷的烧结陶粒的制备方法，其创新点在于，包括如下制备步骤：
(1)将原料造纸白泥、粉煤灰按配比混匀后，经离心式成球机制成生球，生球粒径在2-20mm范围内可控；原料以造纸白泥和粉煤灰为主，其中，造纸白泥40-60wt％，粉煤灰40-60wt％；
(2)将步骤(1)制得的生球自然养护20-24h后，经105℃烘干；
(3)煅烧获得烧结陶粒，煅烧温度为1000-1150℃，保温时间为0-2h。
进一步的，步骤(3)中，获得的烧结陶粒以钙长石和钙铝黄长石为主要矿物相。
本发明的实施例另外还提供一种高效除磷的烧结陶粒的再生方法，其创新点在于，将吸附磷后的烧结陶粒再生方法包括：煅烧再生方法、酸洗再生方法、碱洗再生方法中的任意一种。
进一步的，煅烧再生方法中，煅烧温度850℃，升温速率5-10℃/min，保温时间0-2h。
具体的，煅烧再生方法中，将吸附12h后的陶粒干燥后进行850℃煅烧，使羟基磷灰石沉淀稳定固化在陶粒表面，得到烧结陶粒；当烧结陶粒再次吸附除磷时，其仍保有供碱释钙能力，且陶粒表面的羟基磷灰石颗粒就可以作为籽晶，诱导磷酸盐沉淀的快速形成，使烧结陶粒达到快速高效除磷的目的。
进一步的，酸洗再生方法中，将吸附磷饱和后的烧结陶粒浸入pH为2的盐酸溶液，经水浴振荡0.5-3h，水浴温度25℃，振荡速度120r/min。
具体的，酸洗再生方法中，在酸性环境下，溶液中大量的H+与陶粒表面的稳定固相即磷酸钙Ca3(PO4)2、磷酸氢钙CaHPO4沉淀和羟基磷灰石(HAP，Ca5(PO4)3OH)竞争吸附位，占据陶粒表面，迫使Ca2+从陶粒表面脱落下来，从而释放出磷酸根离子，从而达到陶粒对磷酸根良好的再生效果。
进一步的，碱洗再生方法中，将吸附磷饱和后的烧结陶粒浸入浓度为3mol/L的氢氧化钠溶液，经水浴振荡0.5-3h，水浴温度25℃，振荡速度120r/min。
具体的，碱洗再生方法中，在碱性环境下，随着pH的升高，溶液中的OH－离子的浓度也升高，陶粒表面的稳定固相即磷酸钙Ca3(PO4)2和磷酸氢钙CaHPO4沉淀，与溶液中过多的OH－离子结合，碱性离子被陶粒表面吸附，生成了羟基磷灰石(HAP，Ca5(PO4)3OH)；当烧结陶粒再次吸附除磷时，陶粒仍然具有供碱释钙能力，且陶粒表面的碱性离子为反应提供了更强的碱性环境，诱导磷酸盐沉淀的快速形成，使烧结陶粒达到快速高效除磷的目的，在碱性环境下，烧结陶粒对磷酸根具有良好的再生效果。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
(1)本发明的烧结陶粒的原料为造纸厂和燃煤电厂的固体废弃物，材料易得且对废弃物进行再利用，节省资源，而本发明的制备方法及其再生过程简单、除磷快速且高效。
(2)本发明制备的烧结陶粒在再生前后都具有供碱释钙能力，都能达到除磷的目的。
(3)本发明的制备的烧结陶粒再生方式多，再生步骤简单，循环使用性好，性价比高。
(4)本发明中的煅烧再生方法可提高烧结陶粒吸附除磷时的速率及吸附容量，效果显著；该煅烧再生方法具有普适性、再生效率高、易于操作及不产生再生废液等优点。
附图说明
图1为本发明中烧结陶粒的XRD图谱；
图2为本发明中烧结陶粒利用煅烧法、酸洗法、碱洗法再生的除磷效果图；
图3为本发明中烧结陶粒利用煅烧法再生的除磷效果；
图4为本发明中烧结陶粒利用酸洗法再生的除磷效果；
图5为本发明中烧结陶粒利用碱洗法再生的除磷效果。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种高效除磷的烧结陶粒，以造纸白泥和粉煤灰为主要原料，其中，造纸白泥40-60wt％；粉煤灰40-60wt％。
上述高效除磷的烧结陶粒的制备方法包括如下步骤：
(1)将原料按配比混匀后，经离心式成球机制成生球，生球粒径在2-20mm范围内可控；
(2)将步骤(1)制得的生球自然养护20-24h后，经105℃烘干；
(3)煅烧获得烧结陶粒。
上述高效除磷的烧结陶粒的再生方法，即吸附磷后的烧结陶粒再生方法包括：煅烧、酸洗、碱洗3种。
下面结合具体实施例进一步阐述本发明的技术方案。
实施例1
选择原料配比为50wt％造纸白泥和50wt％粉煤灰，经水泥砂浆搅拌机混匀，控制水固比为0.05，将混合料放入离心式成球机制成生球。将生球自然养护24h后放入干燥箱经105℃干燥12h，最后移入高温煅烧炉煅烧，升温速率为10℃/min至800℃，在800℃保温1h，然后以5℃/min升至1050℃并保温2h，最后随炉冷却，制得以钙长石和钙铝黄长石为主要矿物相的烧结陶粒。其XRD图谱见图1。
实施例2
静态吸附除磷：以分析纯试剂KH2PO4配置总磷浓度为5mg/L的模拟含磷污水。以20g/L的投加量将实施例1中制备的烧结陶粒投入模拟含磷污水中，放入恒温振荡箱，在25℃、120r/min的条件下水平振荡，在振荡12h后取样，经0.45μm的滤膜过滤提取水样，测定剩余磷浓度，计算除磷率。陶粒在12h左右达到吸附平衡，磷去除率为96.5％。
如图2所示，为煅烧法、酸洗法、碱洗法再生的除磷效果，具体如下实施例3-实施例5所描述。
实施例3
煅烧法再生方法：将实施例2中吸附磷后的烧结陶粒过滤，经105℃干燥2h，再移入高温煅烧炉进行煅烧，以10℃/min的升温速率升温至850℃，并保温2h，最后随炉冷却。将煅烧法再生后的陶粒重复实施例2中的静态吸附除磷过程，循环8次。该法再生除磷效果如图3所示，烧结陶粒再生循环8次，磷去除率保持在95％以上。
实施例4
酸洗法再生方法：将实施例2中吸附磷后的烧结陶粒过滤，经105℃干燥2h，浸入pH为2的盐酸溶液，经水浴振荡1h，水浴温度25℃，振荡速度120r/min。将陶粒过滤，并用纯水清洗表面3次后，经105℃干燥2h。再将酸洗法再生后的陶粒重复实施例2中的静态吸附除磷过程，循环8次。该法再生除磷效果如图4所示，在循环第1-6次时，磷去除率保持在93％以上；循环到第7-8次时，磷去除率虽然开始下降，但仍在60％以上。
实施例5
碱洗法再生：将实施例2中吸附磷后的烧结陶粒过滤，经105℃干燥2h，浸入浓度为3mol/L的氢氧化钠溶液，经水浴振荡3h，水浴温度25℃，振荡速度120r/min。将陶粒过滤，并用纯水清洗表面3次后，经105℃干燥2h。再将碱洗法再生后的陶粒重复实施例2中的静态吸附除磷过程，循环8次。该法再生除磷效果如图5所示，在循环第1-5次时，磷去除率保持在92％以上；循环到第6-7次时，磷去除率虽然开始下降，但仍在60％以上；第8次循环，磷去除率降至30％左右。
本发明的陶粒煅烧法再生原理为：
本发明制备的陶粒以钙长石CaO·Al2O3·2SiO2和钙铝黄长石2CaO·Al2O3·SiO2作为主要晶相，钙长石保证了陶粒的使用强度，钙铝黄长石使陶粒具有供碱释钙特性，即向水溶液中释放Ca2+和OH-的能力。释碱能力使陶粒能够自主调节溶液至碱性，有利于Ca2+与PO4 3-、HPO4 2-生成的磷酸钙Ca3(PO4)2和磷酸氢钙CaHPO4沉淀，如式(1)和(2)所示。
3Ca2++2PO4 3-＝Ca3(PO4)2(1)；
Ca2++HPO4 2-＝CaHPO4(2)。
在碱性氛围下，磷酸钙和磷酸氢钙沉淀会逐渐生成更稳定的羟基磷灰石(HAP，Ca5(PO4)3OH)，并被陶粒表面吸附。陶粒的供碱释钙属于缓释过程。在本发明中，该步骤既可以作吸附除磷应用，也是为下一步烧结做准备，将陶粒的除磷作用最大化。
将吸附12h后的陶粒干燥后进行850℃煅烧，使羟基磷灰石沉淀稳定固化在陶粒表面，得到烧结陶粒。当烧结陶粒再次吸附除磷时，其仍保有供碱释钙能力，且陶粒表面的羟基磷灰石颗粒就可以作为籽晶，诱导磷酸盐沉淀的快速形成，使烧结陶粒达到快速高效除磷的目的。
本发明的陶粒酸洗碱洗法再生原理为：
在酸性环境下，溶液中大量的H+与陶粒表面的稳定固相即磷酸钙Ca3(PO4)2、磷酸氢钙CaHPO4沉淀和羟基磷灰石(HAP，Ca5(PO4)3OH)竞争吸附位，占据陶粒表面，迫使Ca2+从陶粒表面脱落下来，从而释放出磷酸根离子，从而达到陶粒对磷酸根良好的再生效果。
在碱性环境下，随着pH的升高，溶液中的OH－离子的浓度也升高，陶粒表面的稳定固相即磷酸钙Ca3(PO4)2和磷酸氢钙CaHPO4沉淀，与溶液中过多的OH－离子结合，碱性离子被陶粒表面吸附，生成了羟基磷灰石(HAP，Ca5(PO4)3OH)。当烧结陶粒再次吸附除磷时，陶粒仍然具有供碱释钙能力，且陶粒表面的碱性离子为反应提供了更强的碱性环境，诱导磷酸盐沉淀的快速形成，使烧结陶粒达到快速高效除磷的目的。因此，在碱性环境下，烧结陶粒对磷酸根具有良好的再生效果。
由于该烧结陶粒对酸和碱均具有良好的稳定性，因此陶粒在吸磷后,可利用HCl溶液或NaOH溶液进行再生处理。经处理，烧结陶粒吸附的磷酸根离子溶出，陶粒得到再生，又可用于磷酸根离子的吸附。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高效除磷的烧结陶粒，其特征在于，所述烧结陶粒由以下用量的原料制成：造纸白泥40-60wt％、粉煤灰40-60wt％。
2.一种高效除磷的烧结陶粒的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
(1)将原料造纸白泥、粉煤灰按配比混匀后，经离心式成球机制成生球，生球粒径在2-20mm范围内可控；原料以造纸白泥和粉煤灰为主，其中，造纸白泥40-60wt％，粉煤灰40-60wt％；
(2)将步骤(1)制得的生球自然养护20-24h后，经105℃烘干；
(3)煅烧获得烧结陶粒，煅烧温度为1000-1150℃，保温时间为0-2h。
3.根据权利要求2所述的一种高效除磷的烧结陶粒的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，获得的烧结陶粒以钙长石和钙铝黄长石为主要矿物相。
4.一种高效除磷的烧结陶粒的再生方法，其特征在于，将吸附磷后的烧结陶粒再生方法包括：煅烧再生方法、酸洗再生方法、碱洗再生方法中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的一种高效除磷的烧结陶粒的再生方法，其特征在于，煅烧再生方法中，煅烧温度850℃，升温速率5-10℃/min，保温时间0-2h。
6.根据权利要求5所述的一种高效除磷的烧结陶粒的再生方法，其特征在于，煅烧再生方法中，将吸附12h后的陶粒干燥后进行850℃煅烧，使羟基磷灰石沉淀稳定固化在陶粒表面，得到再生烧结陶粒；当再生烧结陶粒再次吸附除磷时，其仍保有供碱释钙能力，且陶粒表面的羟基磷灰石颗粒就可以作为籽晶，诱导磷酸盐沉淀的快速形成，使烧结陶粒达到快速高效除磷的目的。
7.根据权利要求4所述的一种高效除磷的烧结陶粒的再生方法，其特征在于，酸洗再生方法中，将吸附磷饱和后的烧结陶粒浸入pH为2的盐酸溶液，经水浴振荡0.5-3h，水浴温度25℃，振荡速度120r/min。
8.根据权利要求7所述的一种高效除磷的烧结陶粒的再生方法，其特征在于，在酸性环境下，溶液中大量的H+与陶粒表面的稳定固相即磷酸钙Ca3(PO4)2、磷酸氢钙CaHPO4沉淀和羟基磷灰石(HAP，Ca5(PO4)3OH)竞争吸附位，占据陶粒表面，迫使Ca2+从陶粒表面脱落下来，从而释放出磷酸根离子，从而达到陶粒对磷酸根良好的再生效果。
9.根据权利要求4所述的一种高效除磷的烧结陶粒的再生方法，其特征在于，碱洗再生方法中，将吸附磷饱和后的烧结陶粒浸入浓度为3mol/L的氢氧化钠溶液，经水浴振荡0.5-3h，水浴温度25℃，振荡速度120r/min。
10.根据权利要求9所述的一种高效除磷的烧结陶粒的再生方法，其特征在于，在碱性环境下，随着pH的升高，溶液中的OH－离子的浓度也升高，陶粒表面的稳定固相即磷酸钙Ca3(PO4)2和磷酸氢钙CaHPO4沉淀，与溶液中过多的OH－离子结合，碱性离子被陶粒表面吸附，生成了羟基磷灰石(HAP，Ca5(PO4)3OH)；当烧结陶粒再次吸附除磷时，陶粒仍然具有供碱释钙能力，且陶粒表面的碱性离子为反应提供了更强的碱性环境，诱导磷酸盐沉淀的快速形成，使烧结陶粒达到快速高效除磷的目的，在碱性环境下，烧结陶粒对磷酸根具有良好的再生效果。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110668672.XA CN113244880A (zh) | 2021-06-16 | 2021-06-16 | 一种高效除磷的烧结陶粒、其制备方法及其再生方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110668672.XA CN113244880A (zh) | 2021-06-16 | 2021-06-16 | 一种高效除磷的烧结陶粒、其制备方法及其再生方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113244880A true CN113244880A (zh) | 2021-08-13 |
Family
ID=77188250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110668672.XA Pending CN113244880A (zh) | 2021-06-16 | 2021-06-16 | 一种高效除磷的烧结陶粒、其制备方法及其再生方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113244880A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114225898A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-03-25 | 格丰科技材料有限公司 | 一种除磷材料及其制备方法和在污水处理中的应用 |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004275896A (ja) * | 2003-03-17 | 2004-10-07 | Kyoto Institute Of Technology | 脱リン処理材および脱リン方法 |
| US20070259181A1 (en) * | 2004-09-14 | 2007-11-08 | Tsutomu Furuzono | Ceramic Particle Group and Method for Production Thereof and Use Thereof |
| US20100243571A1 (en) * | 2007-11-12 | 2010-09-30 | Technion Research And Development Foundation Ltd. | Method for adsorption of phosphate contaminants from water solutions and its recovery |
| CN102515830A (zh) * | 2012-01-05 | 2012-06-27 | 武汉科技大学 | 一种可再生吸磷陶粒及其制备方法 |
| CN104607144A (zh) * | 2015-02-14 | 2015-05-13 | 福州大学 | 一种结构自生长水相磷酸根吸附材料及其制备方法和应用 |
| CN104876639A (zh) * | 2015-05-13 | 2015-09-02 | 安徽建筑大学 | 一种多孔除磷陶粒及其制备方法 |
| CN105152267A (zh) * | 2015-09-11 | 2015-12-16 | 安徽美自然环境科技有限公司 | 一种用煅烧褐铁矿深度去除水中磷的方法 |
| KR101721209B1 (ko) * | 2016-10-21 | 2017-03-31 | 주식회사 행복나무 | 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조되는 수질정화용 세라믹 펠릿 |
| JP2018126683A (ja) * | 2017-02-08 | 2018-08-16 | 国立大学法人鳥取大学 | リン吸着材及びその製造方法 |
| CN111039658A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-21 | 广东省水利水电科学研究院 | 一种除磷陶粒及其制备方法 |
| CN111848130A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-10-30 | 南通大学 | 一种高效除磷的改性陶粒及其制备方法 |
| CN111978100A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-11-24 | 南通大学 | 一种钙长石/钙铝黄长石复相陶瓷的制备及性能改良方法 |
| CN112341244A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-02-09 | 合肥工业大学 | 一种利用矿山废渣制备除磷剂的方法 |
| CN112547021A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-03-26 | 南京长三角绿色发展研究院有限公司 | 一种生物质基羟基磷灰石复合材料及其制备方法和应用 |
-
2021
- 2021-06-16 CN CN202110668672.XA patent/CN113244880A/zh active Pending
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004275896A (ja) * | 2003-03-17 | 2004-10-07 | Kyoto Institute Of Technology | 脱リン処理材および脱リン方法 |
| US20070259181A1 (en) * | 2004-09-14 | 2007-11-08 | Tsutomu Furuzono | Ceramic Particle Group and Method for Production Thereof and Use Thereof |
| US20100243571A1 (en) * | 2007-11-12 | 2010-09-30 | Technion Research And Development Foundation Ltd. | Method for adsorption of phosphate contaminants from water solutions and its recovery |
| CN102515830A (zh) * | 2012-01-05 | 2012-06-27 | 武汉科技大学 | 一种可再生吸磷陶粒及其制备方法 |
| CN104607144A (zh) * | 2015-02-14 | 2015-05-13 | 福州大学 | 一种结构自生长水相磷酸根吸附材料及其制备方法和应用 |
| CN104876639A (zh) * | 2015-05-13 | 2015-09-02 | 安徽建筑大学 | 一种多孔除磷陶粒及其制备方法 |
| CN105152267A (zh) * | 2015-09-11 | 2015-12-16 | 安徽美自然环境科技有限公司 | 一种用煅烧褐铁矿深度去除水中磷的方法 |
| KR101721209B1 (ko) * | 2016-10-21 | 2017-03-31 | 주식회사 행복나무 | 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조되는 수질정화용 세라믹 펠릿 |
| JP2018126683A (ja) * | 2017-02-08 | 2018-08-16 | 国立大学法人鳥取大学 | リン吸着材及びその製造方法 |
| CN111039658A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-21 | 广东省水利水电科学研究院 | 一种除磷陶粒及其制备方法 |
| CN111978100A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-11-24 | 南通大学 | 一种钙长石/钙铝黄长石复相陶瓷的制备及性能改良方法 |
| CN111848130A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-10-30 | 南通大学 | 一种高效除磷的改性陶粒及其制备方法 |
| CN112547021A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-03-26 | 南京长三角绿色发展研究院有限公司 | 一种生物质基羟基磷灰石复合材料及其制备方法和应用 |
| CN112341244A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-02-09 | 合肥工业大学 | 一种利用矿山废渣制备除磷剂的方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| CHENG JIANG ET AL.: ""Comparison of quartz sand, anthracite, shale and biological ceramsite for adsorptive removal of phosphorus from aqueous solution"" * |
| 中国环境科学学会, 北京：中国农业大学出版社 * |
| 武俊梅等: ""人工湿地基质再生技术的研究进展"" * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114225898A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-03-25 | 格丰科技材料有限公司 | 一种除磷材料及其制备方法和在污水处理中的应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108706561B (zh) | 一种利用硫铁矿烧渣制备高纯磷酸铁的方法 | |
| CN111848130A (zh) | 一种高效除磷的改性陶粒及其制备方法 | |
| Zou et al. | Sorption capacity and mechanism of Cr3+ on tobermorite derived from fly ash acid residue and carbide slag | |
| CN111905690A (zh) | 一种利用粉煤灰制备水体脱氮除磷增氧复合材料的方法 | |
| CN109956690B (zh) | 一种用于水泥工业的生活垃圾焚烧飞灰处理方法 | |
| CN109569545B (zh) | 一种粉煤灰制备铝硅多孔材料的方法 | |
| CN1319640C (zh) | 活性粉煤灰磷吸附剂的制备方法 | |
| CN104402019A (zh) | 一种粉煤灰沸石分子筛的固相制备方法 | |
| CN107983395A (zh) | 以粉煤灰为硅源和铁源的类芬顿催化剂及应用 | |
| CN109046229B (zh) | 一种氢氧化镧改性羟基磷灰石材料及其制备方法与应用 | |
| CN111389347A (zh) | 一种废水除氟吸附剂及其制备方法 | |
| CN113842883B (zh) | 一种环境修复用载镧铁碳纳米管薄膜材料及其制备方法与应用 | |
| CN114425549B (zh) | 一种垃圾焚烧飞灰微波水热解毒及同步合成托贝莫来石的方法 | |
| CN103769045B (zh) | 一种粉煤灰基高性能吸附材料的制备方法 | |
| CN104934089A (zh) | 一种放射性废水处理方法 | |
| CN108754185A (zh) | 一种净化含钒溶液中硅、磷、砷的方法 | |
| CN113134339A (zh) | 一种锆掺杂类水滑石吸附剂的制备及在处理含磷废水中的应用 | |
| CN113244880A (zh) | 一种高效除磷的烧结陶粒、其制备方法及其再生方法 | |
| CN113548673B (zh) | 一种利用锂矿渣制备分子筛的方法 | |
| CN109502679A (zh) | 一种粉煤灰多元素协同利用制备絮凝剂和多孔材料的方法 | |
| CN113000025A (zh) | 一种除磷吸附剂及其制备方法和应用 | |
| CN115921502B (zh) | 一种基于飞灰钙基储热的二噁英与重金属高效处置方法 | |
| CN107903014A (zh) | 一种无机‑有机复合多孔陶瓷滤料及其制备方法 | |
| CN101804322A (zh) | 河道底泥作载体的高强度干式再生用co2吸附剂及其制备 | |
| CN101837279A (zh) | 湖泊底泥和粉煤灰共同作为载体的干式co2吸附剂及其制备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210813 |