CN113578250A - 一种处理污废水的复合氨氮去除剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种处理污废水的复合氨氮去除剂，包括催化剂和过硫酸盐，催化剂包括载体和磁性改性材料，磁性改性材料包括铁离子；载体包括羟基磷灰石；铁离子均匀的负载在羟基磷灰石上。在本发明中负载有磁性改性材料的羟基磷灰石作为催化剂为过硫酸盐氧化污水中的氨氮提供了大量的反应活性位点；而羟基磷灰石自身的多孔结构其具有很强的吸附能力能够吸附污水中的氨氮；故本发明的处理污废水的复合氨氮去除剂对氨氮的去除效率高并且在常温下本发明的催化剂对氨氮的饱和吸附量可达到128mg/g。

Description

一种处理污废水的复合氨氮去除剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种环保新材料领域，尤其涉及一种处理污废水的复合氨氮去除剂及其制备方法。
背景技术
随着我国经济的迅速发展，工业活动给我们带来收益的同时，也带来了日益严峻的生态环境问题。氨氮是水体的主要污染物之一，主要来源于人和动物的排泄物、农用化肥流失和工业废物的排放等。氨氮是水生植物和藻类的营养素，但是过多的氨氮容易导致水体富营养化、赤潮、水华，造成水质恶化、敏感水生生物中毒、死亡，对水资源造成严重污染。
近年来，环保法规对废水中氨氮的排放标准日益严格，而高氨氮含量废水由于来源广、成分复杂、可生化性较差，处理后出水难以达到要求，因此如何经济、有效地去除氨氮已经成为研究的热点。
目前，国内外针对氨氮废水的处理主要包括生物脱氮和吸附法等。生物脱氮是目前污水处理最常见的形式，根据不同水质设计的工艺类型也可以很好的去除水中氨氮。但是由于生物脱氮与除磷之间存在竞争，因此常需要牺牲一部分脱氮功能来满足整体水质要求。此外，越来越严格的污水排放标准则要求进一步提升污水厂对水中氨氮的处理能力。所以传统的污水处理中生物脱氮法面临考验。吸附法能够将污水中的氨氮吸附得更加干净，并且其对污水的后续处理影响较小，但是目前的吸附材料存在吸附效率不高，单位重量的吸附材料吸附氨氮的量还不够的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种对氨氮吸附效率高并且吸附量大的处理污废水的复合氨氮去除剂及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种处理污废水的复合氨氮去除剂，包括催化剂和过硫酸盐，所述催化剂包括载体和磁性改性材料，所述磁性改性材料包括铁离子；所述载体包括羟基磷灰石；所述铁离子均匀的负载在羟基磷灰石上。
上述的处理污废水的复合氨氮去除剂，优选地，所述载体经过NaOH改性；载体的粒径在100目以下。
一种处理污废水的复合氨氮去除剂的制备方法，包括以下步骤：
1）制备羟基磷灰石，并且进行研磨得到100目以下的羟基磷灰石；
2）将20重量份的羟基磷灰石、8-10重量份的NH4Fe(SO4)2·12H2O和3-5重量份的(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O加入到2000重量份的去离子水中；并且充分搅拌均匀；
3）将水温升到60-100℃，然后加入5mol/L的氨水，然后用0.1mol/L的HCL和NaOH调整pH值到11，维持温度5小时以上；固液分离；
4）用去离子水清洗步骤3）得到的固体，直到清洗用的去离子水的pH为中性；
5）冷冻干燥。
上述的处理污废水的复合氨氮去除剂的制备方法，优选地，所述羟基磷灰石的制备方法包括以下步骤：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
将贝壳和虾蟹壳清洗干净后，烘干，磨成粒度为200-500目的贝壳和虾蟹壳混合粉末；
Figure 916844DEST_PATH_IMAGE002
将步骤
Figure 33705DEST_PATH_IMAGE001
得到的虾蟹壳和贝壳粉溶于浓度为0.1g/mL 的稀醋酸中，反应1-2h，离心后取上清液，去离子水稀释至50-100mL；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
将有机模板水溶液与磷酸盐混合搅拌1h；
Figure 650500DEST_PATH_IMAGE004
将步骤
Figure 970754DEST_PATH_IMAGE003
混合液以10-20滴/min的滴加速度滴入步骤（2）溶液中，滴加过程不断搅
拌，最后用氨水调节pH=10；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
将步骤
Figure 947675DEST_PATH_IMAGE004
最后得到的产物置于37℃水浴锅中静置48h；
Figure 200933DEST_PATH_IMAGE006
取出步骤
Figure 378842DEST_PATH_IMAGE005
样品进行离心，并用无水乙醇进行洗涤，最后置于50℃烘箱中干燥；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
将步骤
Figure 779867DEST_PATH_IMAGE006
得到的初级羟基磷灰石与NaOH晶体混合均匀，在温度为600℃-800℃煅烧2h-4h，得到最终产物多孔结构的羟基磷灰石。
上述的处理污废水的复合氨氮去除剂的制备方法，优选地，所述磷酸盐为磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中任意一种。
上述的处理污废水的复合氨氮去除剂的制备方法，优选地，所述有机模板水溶液为月桂酰肌氨酸钠与十六烷基三甲基溴化铵按摩尔比1-3:1混合配成质量分数为3-7%的水溶液。
上述的处理污废水的复合氨氮去除剂的制备方法，优选地，所述步骤
Figure 701425DEST_PATH_IMAGE001
中的到的贝壳和虾蟹壳混合粉末进行脱蛋白处理，脱蛋白处理的步骤包括：
Figure 278031DEST_PATH_IMAGE008
将贝壳和虾蟹壳混合粉末加入到去离子书中，并且滴加5％NaOH溶液调节pH和碱性蛋白酶；
Figure DEST_PATH_IMAGE009
将上述步骤
Figure 689158DEST_PATH_IMAGE008
中反应液置于50℃-60℃水浴锅中加热反应3h-6h，水浴反应完成后将其冷却、固液分离、干燥，得到脱蛋白的虾蟹壳和贝壳混合粉。
上述的处理污废水的复合氨氮去除剂的制备方法，优选地，所述步骤
Figure 249584DEST_PATH_IMAGE007
中初级羟基磷灰石与NaOH晶体的重量比为1:1-3:1。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在本发明中负载有磁性改性材料的羟基磷灰石作为催化剂为过硫酸盐氧化污水中的氨氮提供了大量的反应活性位点；而羟基磷灰石自身的多孔结构其具有很强的吸附能力能够吸附污水中的氨氮；故本发明的处理污废水的复合氨氮去除剂对氨氮的去除效率高并且在常温下本发明的催化剂对氨氮的饱和吸附量可达到128mg/g。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
实施例1
一种处理污废水的复合氨氮去除剂，包括催化剂和过硫酸盐，催化剂包括载体和磁性改性材料，磁性改性材料包括铁离子；载体为羟基磷灰石；铁离子均匀的负载在羟基磷灰石上。本实施例中，载体经过NaOH改性；载体的粒径在100目以下。本实施例中，磷酸盐为磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中任意一种。
在本实施例中，羟基磷灰石的多孔特性能够大量的吸附氨氮，同时羟基磷灰石释放的钙离子和羟基能够去除水体中微量的磷，因为在氨氮污水中往往伴随着磷的存在，故在处理氨氮的时候需要把磷同时给去除。
同时羟基磷灰石内部附着的铁离子给了过硫酸盐氧化氨氮的反应位点，使得过硫酸盐氧化氨氮的反应速率得到提高；同时铁离子的存在使得本实施例的处理污废水的复合氨氮去除剂具有了磁性，在回收的时候非常方便；为工业生产的实现提供了基础。
一种处理污废水的复合氨氮去除剂的制备方法，包括以下步骤：
1）制备羟基磷灰石，并且进行研磨得到100目以下的羟基磷灰石；
2）将20重量份的羟基磷灰石、8-10重量份的NH4Fe(SO4)2·12H2O和3-5重量份的(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O加入到2000重量份的去离子水中；并且充分搅拌均匀；
3）将水温升到60-100℃，然后加入5mol/L的氨水，然后用0.1mol/L的HCL和NaOH调整pH值到11，维持温度5小时以上；固液分离；
4）用去离子水清洗步骤3）得到的固体，直到清洗用的去离子水的pH为中性；
5）冷冻干燥。
本实施例中，羟基磷灰石的制备方法包括以下步骤：
Figure 459985DEST_PATH_IMAGE001
将贝壳和虾蟹壳清洗干净后，烘干，磨成粒度为200-500目的贝壳和虾蟹壳混合粉末；
Figure 920791DEST_PATH_IMAGE002
将步骤
Figure 941968DEST_PATH_IMAGE001
得到的虾蟹壳和贝壳粉溶于浓度为0.1g/mL 的稀醋酸中，反应1-2h，离心后取上清液，去离子水稀释至50-100mL；
Figure 973378DEST_PATH_IMAGE003
将有机模板水溶液与磷酸盐混合搅拌1h；
Figure 971159DEST_PATH_IMAGE004
将步骤
Figure 522357DEST_PATH_IMAGE003
混合液以10-20滴/min的滴加速度滴入步骤（2）溶液中，滴加过程不断搅
拌，最后用氨水调节pH=10；
Figure 963703DEST_PATH_IMAGE005
将步骤
Figure 466097DEST_PATH_IMAGE004
最后得到的产物置于37℃水浴锅中静置48h；
Figure 300192DEST_PATH_IMAGE006
取出步骤
Figure 470011DEST_PATH_IMAGE005
样品进行离心，并用无水乙醇进行洗涤，最后置于50℃烘箱中干燥；
Figure 347837DEST_PATH_IMAGE007
将步骤
Figure 104572DEST_PATH_IMAGE006
得到的初级羟基磷灰石与NaOH晶体混合均匀，在温度为600℃-800℃煅烧2h-4h，得到最终产物多孔结构的羟基磷灰石。步骤
Figure 709734DEST_PATH_IMAGE007
中初级羟基磷灰石与NaOH晶体的重量比为1:1-3:1。
在本实施例中，在制备羟基磷灰石的时候，将初级羟基磷灰石与NaOH晶体混合均匀，然后一起煅烧，这样能够进一步的扩大羟基磷灰石的比表面积，使得羟基磷灰石的空隙更加发达；这样可以负载更多的铁离子，也能够为过硫酸盐的氧化反应提供更多的反应位点。
本实施例制备的催化剂，在单独存在的情况下，对氨氮的饱和吸附量可达到128mg/g。这在氨氮污水的处理中是相当重要的；因为在过硫酸盐处理后的氨氮污水中会存在NH3·H2O，这就需要通过吸附处理。由于羟基磷灰石对氨氮的吸附能力强，故在处理氨氮污水的时候，过硫酸盐能够很快的将氨氮氧化，从而提高氨氮的处理效率。
本实施例中，有机模板水溶液为月桂酰肌氨酸钠与十六烷基三甲基溴化铵按摩尔比1-3:1混合配成质量分数为3-7%的水溶液。
本实施例中，步骤
Figure 235525DEST_PATH_IMAGE001
中的到的贝壳和虾蟹壳混合粉末进行脱蛋白处理，脱蛋白处理的步骤包括：
Figure 284252DEST_PATH_IMAGE008
将贝壳和虾蟹壳混合粉末加入到去离子书中，并且滴加5％NaOH溶液调节pH和碱性蛋白酶；
Figure 292397DEST_PATH_IMAGE009
将上述步骤
Figure 202715DEST_PATH_IMAGE008
中反应液置于50℃-60℃水浴锅中加热反应3h-6h，水浴反应完成后将其冷却、固液分离、干燥，得到脱蛋白的虾蟹壳和贝壳混合粉。
向含有5mg/L(以N计)氨氮的待处理污水中加入足量的本实施例处理污废水的复合氨氮去除剂，在常温下，处理完成后，氨氮的剩余浓度为0.4 mg/L；去除率为92%。

Claims (8)

1.一种处理污废水的复合氨氮去除剂，其特征在于：包括催化剂和过硫酸盐，所述催化剂包括载体和磁性改性材料，所述磁性改性材料包括铁离子；所述载体包括羟基磷灰石；所述铁离子均匀的负载在羟基磷灰石上。
2.根据权利要求1所述的处理污废水的复合氨氮去除剂，其特征在于：所述载体经过NaOH改性；载体的粒径在100目以下。
3.根据权利要求1或者2所述的处理污废水的复合氨氮去除剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）制备羟基磷灰石，并且进行研磨得到100目以下的羟基磷灰石；
2）将20重量份的羟基磷灰石、8-10重量份的NH4Fe(SO4)2·12H2O和3-5重量份的(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O加入到2000重量份的去离子水中；并且充分搅拌均匀；
3）将水温升到60-100℃，然后加入5mol/L的氨水，然后用0.1mol/L的HCL和NaOH调整pH值到11，维持温度5小时以上；固液分离；
4）用去离子水清洗步骤3）得到的固体，直到清洗用的去离子水的pH为中性；
5）冷冻干燥。
4.根据权利要求3所述的处理污废水的复合氨氮去除剂的制备方法，其特征在于：所述羟基磷灰石的制备方法包括以下步骤：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
将贝壳和虾蟹壳清洗干净后，烘干，磨成粒度为200-500目的贝壳和虾蟹壳混合粉末；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
将步骤
Figure 291242DEST_PATH_IMAGE002
得到的虾蟹壳和贝壳粉溶于浓度为0.1g/mL 的稀醋酸中，反应1-2h，离心后取上清液，去离子水稀释至50-100mL；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
将有机模板水溶液与磷酸盐混合搅拌1h；
Figure DEST_PATH_IMAGE008
将步骤
Figure 175891DEST_PATH_IMAGE006
混合液以10-20滴/min的滴加速度滴入步骤（2）溶液中，滴加过程不断搅
拌，最后用氨水调节pH=10；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
将步骤
Figure 659962DEST_PATH_IMAGE008
最后得到的产物置于37℃水浴锅中静置48h；
Figure DEST_PATH_IMAGE012
取出步骤
Figure 299759DEST_PATH_IMAGE010
样品进行离心，并用无水乙醇进行洗涤，最后置于50℃烘箱中干燥；
Figure DEST_PATH_IMAGE014
将步骤
Figure 705333DEST_PATH_IMAGE012
得到的初级羟基磷灰石与NaOH晶体混合均匀，在温度为600℃-800℃煅烧2h-4h，得到最终产物多孔结构的羟基磷灰石。
5.根据权利要求4所述的处理污废水的复合氨氮去除剂的制备方法，其特征在于：所述磷酸盐为磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中任意一种。
6.根据权利要求4所述的处理污废水的复合氨氮去除剂的制备方法，其特征在于：所述有机模板水溶液为月桂酰肌氨酸钠与十六烷基三甲基溴化铵按摩尔比1-3:1混合配成质量分数为3-7%的水溶液。
7.根据权利要求4所述的处理污废水的复合氨氮去除剂的制备方法，其特征在于：所述步骤
Figure 534617DEST_PATH_IMAGE002
中的到的贝壳和虾蟹壳混合粉末进行脱蛋白处理，脱蛋白处理的步骤包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
将贝壳和虾蟹壳混合粉末加入到去离子书中，并且滴加5％NaOH溶液调节pH和碱性蛋白酶；
Figure DEST_PATH_IMAGE018
将上述步骤
Figure 591304DEST_PATH_IMAGE016
中反应液置于50℃-60℃水浴锅中加热反应3h-6h，水浴反应完成后将其冷却、固液分离、干燥，得到脱蛋白的虾蟹壳和贝壳混合粉。
8.根据权利要求4所述的处理污废水的复合氨氮去除剂的制备方法，其特征在于：所述步骤
Figure 700205DEST_PATH_IMAGE014
中初级羟基磷灰石与NaOH晶体的重量比为1:1-3:1。
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