TWI495506B - Adsorbent for treating phosphate-containing wastewater and preparation method thereof (1) - Google Patents

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Description

處理含磷酸鹽廢水之吸附劑及其製備方法(1)
本發明為一種用於處理含磷酸鹽廢水之吸附劑及其製備方法，特別為一種吸附劑表面帶正電(Al3+ ))為其特徵者。
近年來水質汙染的來源，例如：採礦、電鍍、冶金、煉油等工業過程所排放之汙染物。汙染水質的離子主要可分為兩大類，重金屬離子和胺類及磷酸鹽類離子，其中胺類及磷酸鹽類離子為導致水質優養化的主要原因。
以傳統的化學沉澱法來處理含磷酸鹽廢水時，會產生出大量之磷酸鹽污泥，需要額外的成本、設備與土地空間來對所產生的污泥進行後續處理。
磁性載體技術應用發展之最初是用於生化分離方面；到了70年代中期，磁性載體發展的技術漸漸受到重視，廣泛應用在蛋白質與酵素的固定化、藥物傳送、免疫分析與生醫感測上，顯示磁性載體技術具有相當大的發展潛力。
本發明之目的為提供一種用於處理含磷酸鹽廢水之吸附劑及其製備方法，利用磁性載體技術並合成其吸附劑與磷酸鹽的去除效果，解決廢水中磷酸鹽污染及回收再利用的方法。
根據本發明之目的，提供一種用於處理含磷酸鹽廢水之吸附劑，其具有磁性載體之核心及帶正電(Al3+ )之表面，該帶正電之表面，係以磁性載體與 活性氧化鋁經共沉後，而表面帶正電(Al3+ )。
其中，磁性載體為磁性顆粒或磁性粉末，而核心係由三氯化鐵(FeCl3 )及硫酸鐵(FeSO4 )依莫耳數比2：1之比例作混合，沉澱之四氧化三鐵(Fe3 O4 )。
本發明更提出一種用於處理含磷酸鹽廢水之吸附劑的製備方法，步驟為，先取得具有磁性載體之核心和改質的活性氧化鋁，最後將具有磁性載體之核心與改質的活性氧化鋁共沉，製成帶正電(Al3+ )表面及具有磁性載體之核心之吸附劑成品。
其中，活性氧化鋁的改質步驟為，先將活性氧化鋁浸泡於1M的NaOH中，形成氧化鋁混合液；再將該氧化鋁混合液以100℃進行烘乾處理24小時，取得乾燥之活性氧化鋁；接著，將乾燥之活性氧化鋁研磨至粉末再以800℃進行鍛燒3小時，形成改質的活性氧化鋁。
其中，具磁性載體之核心與改質的活性氧化鋁進行共沉之步驟為，先取莫耳數比2：1之FeCl3 及FeSO4 加入蒸餾水，形成第一混合液；再將改質的活性氧化鋁投入第一混合液中，形成第二混合液並施以攪拌；再以H2 SO4 和NaOH控制第二混合液pH值達到9.0±0.1，並施以攪拌，形成吸附劑成品；最後，以蒸餾水清洗該吸附劑成品到pH值達到7~8並將該吸附劑成品，作真空烘乾處理。
使其便利理解，以下以相關圖示與實施案例說明本發明較佳之用於處理含磷酸鹽廢水之吸附劑及其製備方法。
因此，本發明提出一種用於處理含磷酸鹽廢水之吸附劑，請參閱第1 圖，包含磁性載體之核心11及帶正電(Al3+ )之表面12，係以磁性載體與活性氧化鋁經共沉後，而表面帶正電(Al3+ )。其中磁性載體為磁性顆粒或磁性粉末，而核心係由三氯化鐵(FeCl3 )及硫酸鐵(FeSO4 )依莫耳數比2：1之比例作混合，沉澱之四氧化三鐵(Fe3 O4 )。在此雖以前述三氯化鐵(FeCl3 )及硫酸鐵(FeSO4 )混合沉澱產生具有磁性載體之核心，但本發明實際實施時，並不限於此。
請參閱第2圖，如圖所示為改質的氧化鋁的製備方法之流程圖，係包含下列步驟：
步驟S21：將活性氧化鋁浸泡於1M的NaOH中，形成氧化鋁混合液。
步驟S22：將該氧化鋁混合液以100℃進行烘乾處理24小時，取得乾燥之活性氧化鋁。
步驟S23：將乾燥之活性氧化鋁研磨至粉末。
步驟S24：將該活性氧化鋁粉末以800℃進行鍛燒3小時，形成改質的活性氧化鋁。
在此雖以前述化合物產生改質的氧化鋁，但本發明實際實施時，並不限於此。
請參閱第3圖，如圖所示為磁性載體之核心與改質的活性氧化鋁共沉之流程圖。其中包含下列步驟：
步驟S31：取莫耳數比2：1之FeCl3 及FeSO4 加入蒸餾水，形成第一混合液。
步驟S32：將改質的活性氧化鋁投入第一混合液中，形成第二混合液並施以攪拌。
步驟S33：以H2 SO4 和NaOH控制第二混合液pH值達到9.0±0.1，並施以攪拌，形成吸附劑成品。
步驟S34：以蒸餾水清洗該吸附劑成品到pH值達到7~8。
步驟S35：將該吸附劑成品，作真空烘乾處理。
在此雖以前述化合物混合共沉產生具磁性載體之核心及表面帶正電之吸附劑，但本發明實際實施時，並不限於此。
由上述可知，本發明係利用磁性載體技術並合成其吸附劑與磷酸鹽的去除效果，解決廢水中磷酸鹽污染及回收再利用的方法在本發明之一實施例中，係依下列方式解決廢水中磷酸鹽污染及回收再利用吸附劑： 在本實施中，使用定量瓶、蒸餾水與磷酸二氫鉀配置含磷酸鹽廢水，並依據環保署公告水中磷檢測方法-分光光度計/維生素丙法，檢測磷酸鹽濃度，計算反應相關參數，磁性吸附劑反應操作參數表如表1所示。
請參閱第4圖，如圖所示為不同NaOH濃度改質活性氧化鋁吸附磷酸鹽測試圖，在不同NaOH濃度(2M、1M、0.5M、0.1M、0M)下，取1g的活性氧化鋁加入100 mL的磷酸鹽溶液中，磷酸鹽的濃度為500 mg L-1 ，在25℃下恆溫震盪24小時，反應後以環保署公告水中磷檢測方法-分光光度計/維生素丙法，檢測磷酸鹽濃度，由實驗結果得知，以2M NaOH進行改質後 的活性氧化鋁就有最佳吸附磷酸鹽的效果。
請參閱第5圖，如圖所示為pH影響測試，取1 g磁性活性氧化鋁吸附劑加入100 mL的磷酸鹽溶液中，磷酸鹽的濃度為500 mg L-1 ，在不同pH值(2、3、5、7、9)下，在25℃下恆溫震盪24小時，並於恆溫震盪的過程中持續調整pH值，反應完後過濾適量溶液，以環保署公告水中磷檢測方法-分光光度計/維生素丙法，檢測磷酸鹽濃度，由實驗結果得知，反應最佳pH值為3，顯示本發明之吸附劑於酸性環境下具有效的吸附磷酸鹽能力，並可有效應用於實際操作中。
請參閱第6圖，如圖所示為等溫吸附實驗，取1 g的磁性活性氧化鋁吸附劑加入100 mL磷酸鹽溶液中，磷酸根離子的濃度分別為400、450、500、550、600 mg L-1 ，調整全部溶液pH值至3.0±0.1後，在25℃下恆溫震盪24小時，反應完後過濾適量溶液，以環保署公告水中磷檢測方法-分光光度計/維生素丙法，檢測磷酸鹽濃度，在等溫吸附實驗中，由表2所示，可以看出溶液中磷酸鹽濃度從389 mg L-1 被吸附至174 mg L-1 ，溶液中大量的磷酸鹽被吸附劑捕捉下來，此實驗數據可再使用Langmuir等溫吸附模式加以模擬，經推導算出最大吸附量(Q m )和Langmuir平衡常數(k L )分別為30.09 mg g-1 與0.076 L mg-1 。顯示本發明之吸附劑具有極佳之吸附磷酸鹽之能力。
據上所述，吸附劑表面帶正電(Al3+ )，利用正電可吸附帶負電的磷酸根離子，並且具有良好的磷酸鹽吸附性；此外，吸附劑又具有磁性之載體，因此吸附劑亦帶有磁性，使用結束後只需利用外加磁場便可快速回收，相較於一般吸附劑需沉澱、過濾或離心等的回收方式較為簡便且快速。
上述之實施案例僅為舉例性之具體說明，而非為限制本發明之範圍，凡任何對其進行之等效修改或變更者，皆未脫離本發明之精神與範疇，均應包含於本案專利範圍中。
11‧‧‧具有磁性載體之核心
12‧‧‧帶正電(Al3+ )之表面
S21~S24‧‧‧步驟流程
S31~S35‧‧‧步驟流程
第1圖為本發明之吸附劑的示意圖。
第2圖為本發明之吸附劑的製備方法流程圖。
第3圖為本發明之吸附劑的製備方法流程圖。
第4圖為改質活性氧化鋁於不同NaOH濃度中吸附磷酸鹽測試圖。
第5圖為pH對磁性活性氧化鋁吸附劑吸附磷酸鹽影響圖。
第6圖為磁性活性氧化鋁吸附劑吸附磷酸鹽之Langmuir等溫吸附圖。
11‧‧‧具有磁性載體之核心
12‧‧‧帶正電(Al3+ )之表面

Claims (10)

  1. 一種用於處理含磷酸鹽廢水之吸附劑的製備方法，係包含下列步驟：A.取得改質的活性氧化鋁；B.取得具有磁性載體之核心；C.將該核心與改質的活性氧化鋁共沉，製成帶正電(Al3+ )表面及具有磁性載體之核心之吸附劑成品；其中步驟A之改質的活性氧化鋁，製備步驟包含：a.將活性氧化鋁浸泡於1M的NaOH中，形成氧化鋁混合液；b.將該氧化鋁混合液以100℃進行烘乾處理24小時，取得乾燥之活性氧化鋁；c.將乾燥之活性氧化鋁研磨至粉末；d.將該活性氧化鋁粉末以800℃進行鍛燒3小時，形成改質的活性氧化鋁。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之吸附劑的製備方法，其中該磁性載體為磁性顆粒。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之吸附劑的製備方法，其中該磁性載體為磁性粉末。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之吸附劑的製備方法，其中之磁性載體為四氧化三鐵(Fe3 O4 )。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之吸附劑的製備方法，其中四氧化三鐵(Fe3 O4 )，來源係由FeCl3 及FeSO4 作混合，沉澱產生者。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之吸附劑的製備方法，其中FeCl3 及FeSO4 依莫耳數比2：1之比例混合。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之吸附劑的製備方法，其中步驟B和C，包含下列步驟：i.取莫耳數比2：1之FeCl3 及FeSO4 加入蒸餾水，形成第一混合液，並產生具有磁性載體之核心，係為四氧化三鐵(Fe3 O4 )；ii.將改質的活性氧化鋁投入第一混合液中，形成第二混合液並施以攪拌；iii.以H2 SO4 和NaOH控制第二混合液pH值達到9.0±0.1，並施以攪拌，形成吸附劑成品；iv.以蒸餾水清洗該吸附劑成品到pH值達到7~8；v.將該吸附劑成品，作真空烘乾處理。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之吸附劑的製備方法，其中步驟i的蒸餾水為1000ml。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之吸附劑的製備方法，其中步驟i攪拌速度為400rpm/min攪拌5分鐘。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之吸附劑的製備方法，其中步驟iii為以5N的H2 SO4 和1M的NaOH控制第二混合液之pH值到9.0±0.1，並施以攪拌30分鐘。
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Title
王曉娟，以商業用及超順磁活性氧化鋁吸附處理陰離子溶液，台灣大學環工所碩士論文，2005年 *
硝酸鋁改質磁性核殼材料以吸附水溶液中磷酸鹽，中華民國環境工程學會2010 廢水處理技術研討會，2010年 *

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