CN115646432A

CN115646432A - 一种管状镨基氧化物复合除磷剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN115646432A
Application number: CN202211303930.5A
Authority: CN
Inventors: 李云桂; 冯圣; 方齐乐; 梁晨鸽; 易会宇
Original assignee: Southwest University of Science and Technology
Current assignee: Southwest University of Science and Technology
Priority date: 2022-10-24
Filing date: 2022-10-24
Publication date: 2023-01-31
Anticipated expiration: 2042-10-24
Also published as: CN115646432B

Abstract

本发明公开了一种管状镨基氧化物复合除磷剂及其制备方法和应用。将镨盐溶液与亚铁氰盐溶液分别在15～20℃下进行恒温静置，然后在这一温度下将两种溶液在搅拌下混合，离心收集产物，洗涤、干燥后得到前驱体；将前驱体进行高温热解，冷却至室温得到管状镨基氧化物复合除磷剂。本发明将镨盐溶液与亚铁氰盐溶液在特定温度下进行低温处理，然后混合，再进行高温热解，制备得到具有呈均一的管状结构、横截面呈花状结构的镨基氧化物复合除磷剂。具有较高的除磷性能，且pH适用范围宽(pH:3‑8)。

Description

一种管状镨基氧化物复合除磷剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及镨基除磷剂技术领域，具体涉及一种管状镨基氧化物复合除磷剂及其制备方法和应用。

背景技术

水是人类生产生活不可或缺的生命资源，湖泊(水库)作为主要的饮用水源地，其水体安全直接影响着相关地区的饮水和用水安全；近年来，湖泊等天然水体富营养问题逐渐加剧。磷元素是影响富营养化进程的主要限制因子，人为过量的磷输入会极大地改变湖泊(水库)等水体的化学性质，促进水中藻类迅速繁殖，造成水体严重的富营养化，进而破坏水体生态平衡并危害人类健康。

针对水体磷元素的去除，常用的除磷技术有化学沉淀法、生物法、吸附法、膜处理技术以及离子交换法等。化学沉淀法容易造成水体环境二次污染；生物法受微生物活性和进水浓度影响，出水水质不稳定且出水难以达到低磷浓度水平；离子交换法和膜处理法成本高昂，不适用开放水体的除磷。吸附法除磷速率快，适用范围广，环境友好，开发新型高效吸附剂材料是关键。

对于除磷吸附材料的研发，目前包括碳基材料、粘土矿物、金属(氢)氧化物、分子筛等材料。其中金属氧化物通过配体交换作用来吸附捕获水体磷酸盐，具有高的选择性，同时具有结构稳定、制备简单的优点，被认为是一类理想的除磷吸附材料。目前市场上用的较多的是铁、铝等常规金属氧化物，近年来也开发了其他新兴的金属氧化物作为除磷吸附材料，如锆、镧、铈等金属氧化物，因其与磷酸盐可以形成更为稳定的配位化合物，选择性更高。如申请号为202111425051.5的专利公开了一种三维花瓣状镧铁复合吸附材料及其制备方法和应用，但镧基材料对无机磷酸盐具有高亲和力，所以镧基材料做除磷剂较为常见。镨虽然与镧均为稀土材料，但目前还未有将其用于除磷的相关报道，因此开发新型金属氧化物作为功能性除磷吸附材料具有极大前景。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种管状镨基氧化物复合除磷剂及其制备方法和应用。本发明制备得到具有呈均一的管状结构、横截面呈花状结构的镨基氧化物复合除磷剂。具有较高的除磷性能，且pH适用范围宽(pH:3-8)。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种管状镨基氧化物复合除磷剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将镨盐溶液与亚铁氰盐溶液分别在15～20℃下进行恒温静置，然后在这一温度下将两种溶液在搅拌下混合，离心收集产物，洗涤、干燥后得到前驱体；

(2)将前驱体进行高温热解，冷却至室温得到管状镨基氧化物复合除磷剂。

优选的，步骤(1)中，所述镨盐溶液的浓度为0.1mol/L；所述亚铁氰盐溶液的浓度为0.1mol/L。

优选的，步骤(1)中，所述镨盐溶液选自氯化镨溶液、硝酸镨溶液、乙酸镨溶液或硫酸镨溶液；所述亚铁氰盐溶液为亚铁氰化钠溶液或亚铁氰化钾溶液。

优选的，步骤(1)中，所述镨盐溶液与亚铁氰盐溶液的体积比为1：1。

优选的，步骤(1)中，所述低温静置的时间为1～2h。

优选的，步骤(1)中，所述搅拌的时间为1～2h；所述搅拌的速度为500-800rpm。

优选的，步骤(2)中，所述高温热解的温度为500℃，时间为2h，升温速率为10℃/min。

本发明的第二方面，提供上述制备方法制备得到的管状镨基氧化物复合除磷剂。

本发明的第三方面，提供管状镨基氧化物复合除磷剂在水体除磷中的应用。

本发明的有益效果：

(1)本发明制备的镨基复合除磷剂形貌均匀，呈均一的管状、横截面呈花状结构(图一所示)；尺寸较大，管长40-50μm、直径15-20μm，有效避免小尺寸颗粒的泄露问题以及纳米级别除磷剂的团聚问题；

(2)本发明的制备方法步骤简单，在特定低温下，基于共沉积过程聚合得到三维管状结构前驱体，再经过一步高温裂解即可得到具有高比表面积管状镨基复合除磷剂。

(3)本发明制备的镨基复合除磷剂除磷性能优越，具有较高的除磷性能，且pH适用范围宽(pH:3-8)。

附图说明

图1：实施例制备的镨基复合氧化物材料的电镜图；

图2：对比例1制备的镨基复合氧化物材料的电镜图；

图3：对比例2制备的镨基复合氧化物材料的电镜图；

图4：对比例3制备的镨基复合氧化物材料的电镜图；

图5：实施例制备的镨基复合氧化物及其前驱体的XRD图；

图6：实施例及对比例1～3制备的镨基复合氧化物的比表面积；

图7：pH对实施例及对比例1～8制备的镨基复合氧化物的除磷吸附性能影响。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术部分介绍的，目前的金属氧化物除磷材料主要为锆、镧、铈等金属氧化物，还未有镨基氧化物用于除磷的相关报道。基于此，本发明的目的是提供一种管状镨基氧化物复合除磷剂及其制备方法和应用。在本申请之前申请号为202111425051.5的专利公开了一种三维花瓣状镧铁复合吸附材料及其制备方法和应用，制备方法为：在常温下将镧盐溶液与亚铁氰盐溶液混合并持续搅拌；然后静置，再抽滤收集固体产物，用去离子水清洗固体产物，将清洗好的固体产物进行真空干燥，得到前驱体粉末产物。将LaFe CM进行高温空气裂解即得到三维花瓣状镧铁复合吸附材料。如按照此方法，用镨盐溶液与亚铁氰盐溶液制备镨基氧化物，其形貌为不规则多头花结构，且除磷效果也很一般。发明人研究过程中，无意中发现，将镨盐溶液与亚铁氰盐溶液在15～20℃下恒温静置1～2h，然后在此低温下混合搅拌制备得到的前驱体，再进行高温热解方可得到形貌规则均一的管状结构，其横截面也呈规则的花状结构，且除磷效果显著提升。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。

实施例：

(1)分别配制0.1mol/L的氯化镨溶液500mL和0.1mol/L的亚铁氰化钠溶液500mL。将氯化镨溶液与亚铁氰化钠溶液预先在18℃下进行恒温静置2h，并在18℃下将两种溶液快速混合、搅拌2小时。高速离心收集产物，并用去离子水清洗2次。在60℃下真空干燥24小时，得到前驱体，记为PrFe-18 CM。

(2)取0.5g前驱体于刚玉坩锅中，放于马弗炉中进行500℃高温热解，升温速率为10℃/min，保温2小时，冷却至室温。得到镨基复合氧化物材料，记为PrFe-18。

对比例1

与实施例1的区别在于：

步骤(1)中，将氯化镨溶液与亚铁氰化钠溶液预先在10℃下进行恒温静置2h，并在10℃下将两种溶液快速混合、搅拌2小时。

其余同实施例1，最终制备得到镨基复合氧化物材料，记为PrFe-10。

对比例2

与实施例1的区别在于：

步骤(1)中，将氯化镨溶液与亚铁氰化钠溶液预先在室温(25℃)下进行恒温静置2h，并在室温(25℃)下将两种溶液快速混合、搅拌2小时。

其余同实施例1，最终制备得到镨基复合氧化物材料，记为PrFe-25。

对比例3

与实施例1的区别在于：

步骤(1)中，氯化镨溶液与亚铁氰化钠溶液不预先进行低温静置，直接在18℃下将两种溶液快速混合、搅拌2小时。

其余同实施例1，最终制备得到镨基复合氧化物材料，记为PrFe-18a。

对比例4～8

与实施例1的区别在于：

步骤(1)中，将氯化镨溶液与亚铁氰化钠溶液分别预先在5℃、45℃、65℃、85℃下进行恒温静置2h，并分布在该温度下将两种溶液快速混合、搅拌2小时。

其余同实施例1，最终制备得到镨基复合氧化物材料，记为PrFe-5、PrFe-45、PrFe-65、PrFe-85。

图1～4为实施例和对比例1～3制备的镨基复合氧化物材料的电镜图，可以看出，实施例1制备的镨基复合氧化物材料形貌规则，呈均一的管状结构，横截面也呈规则的花状结构。而对比例1～3，其形貌为不规则的多头花或者颗粒状结构。

应用例

配置一系列不同溶液pH值的磷溶液(20mg P/L)；随后，分别称取10mg实施例和对比例1～8制备的镨基复合氧化物，与40mL上述不同pH值的磷溶液混合，放入恒温震荡箱，在25℃下以200r/min的速度持续摇晃24h，后取出以0.22μm滤膜过滤水样，测定滤液平衡pH值和磷浓度。

由图7可以看出，实施例制备的镨基复合氧化物材料除磷的吸附量远高于对比例1～8的镨基复合氧化物材料。且在pH3～8下均能有效除磷。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种管状镨基氧化物复合除磷剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述镨盐溶液的浓度为0.1mol/L；所述亚铁氰盐溶液的浓度为0.1mol/L。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述镨盐溶液选自氯化镨溶液、硝酸镨溶液、乙酸镨溶液或硫酸镨溶液；所述亚铁氰盐溶液为亚铁氰化钠溶液或亚铁氰化钾溶液。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述镨盐溶液与亚铁氰盐溶液的体积比为1：1。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述低温静置的时间为1～2h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述搅拌的时间为1～2h；所述搅拌的速度为500-800rpm。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述高温热解的温度为500℃，时间为2h，升温速率为10℃/min。

8.由权利要求1～7任一项所述的制备方法制备得到的管状镨基氧化物复合除磷剂。

9.权利要求8所述的管状镨基氧化物复合除磷剂在水体除磷中的应用。