一種高效去除水體中磷的新型吸附材料制造技術

本發明專利技術涉及一種高效去除水體中磷的新型吸附材料，屬于環境保護技術領域。本發明專利技術選取鑭化合物和鋁化合物為原材料，通過共沉淀的方法制備一種高效的除磷吸附劑，其通過靜電引力，配位體交換和吸附劑表面氧空位作用可有效去除水體中不同種類的磷。與現有除磷吸附劑相比，本發明專利技術制備工藝簡單，生產成本低，磷去除效率高，磷固定效果持久，生態安全風險性低，pH適用范圍廣，儲藏、運輸、使用方便。

【技術實現步驟摘要】
(一)
本專利技術涉及一種高效去除水體中磷的新型吸附材料，屬于環境保護
(二)
技術介紹
水體富營養化已成為人類面臨的重要水資源問題之一。目前，世界范圍內大約有30％～40％的湖泊、水庫存在不同程度的富營養化水平。我國湖泊的富營養化問題則更加嚴峻，在面積大于1km2的2300多個湖泊中已超過56％的湖泊處于富營養化狀態或正受到富營養化的威脅。而世界上超過80％的富營養化湖泊屬于磷限制型，我國大多數湖泊的富營養化進程也受到磷營養鹽的控制。因此，水體中磷的控制和去除成為治理水體富營養化的關鍵環節。水體富營養化治理措施主要包括外源污染控制和內源污染控制兩個方面。吸附法作為一種高效去除水體中磷的方法已經得到了廣泛研究。常用的磷去除材料包括粘土礦物、沸石、工業廢渣、生物炭等。但是，傳統的吸附劑存在以下不足之處：天然材料盡管其吸附性能優良但其成本較高、再生困難；而工農業廢渣盡管其原料易得、價格低廉，但其吸附效果較差。因此，人工合成經濟有效的新型吸附劑受到了世界各國研究人員的密切關注。由于稀土元素鑭具有較強的磷固定能力、廣泛的pH應用范圍、價格較其他稀土元素低廉等優點，鑭改性除磷吸附劑已成為該領域研究的熱點和重點。目前已出現多種鑭改性吸附劑，如鑭改性膨潤土鑭改性蛭石、鑭改性MCM-41、鑭鋁改性蒙脫石、鑭鋁改性沸石等，用于富營養化水體中磷去除的研究。其中已經在歐洲、美國、新西蘭、澳大利亞等富營養化水體大面積推廣應用。盡管在國外市場上占有一定的份額，但由于在國內市場價格較高，且磷吸附量相對較低，限制了其在我國富營養化水體中的推廣應用。而其他已報道的鑭改性除磷吸附劑也僅局限于室內實驗階段，在國內市場上并未進行投放使用。目前，國內市場并未出現可長期有效治理水體富營養化的鑭改性吸附劑，極大的阻礙了我國富營養化水體相關治理工作的開展。(二)
技術實現思路
本專利技術的目的是：選取價格低廉、應用廣泛的磷去除原材料，通過共沉淀方法生產制備出一種高效的除磷吸附劑。該除磷吸附劑生產成本低，生產工藝簡單，磷去除效率高，生態安全風險性低，可高效去除水體中不同種類的磷，有效減緩水體富營養化進程。一種高效去除水體中磷的新型吸附材料，其特征在于：以粉狀產品的干基計，各成分的含量按重量比為氫氧化鑭4％-30％，氫氧化鋁65％-95％，鋁酸鑭1％-5％，其分子結構中第一配位層鑭氧配位數為6.0-8.0，為一種配位不飽和結構，含有氧空位。一種高效去除水體中磷的新型吸附材料，其特征在于制備步驟如下：(1)按鑭與鋁的摩爾比為1:5-40溶解一定量的鑭化合物與鋁化合物；(2)將沉淀劑加入步驟(1)中，保持體系溫度為50～90℃，并不斷攪拌；(3)當溶液pH為8-11后停止攪拌，保持體系溫度為50～90℃繼續加熱2-10小時，將固體沉淀物洗滌、冷凍干燥或烘干、研磨，得到的固體粉狀產品即為新型磷吸附劑。一種高效去除水體中磷的新型吸附材料，其特征在于：所述鑭化合物為氯化鑭或硝酸鑭中的一種或兩種。一種高效去除水體中磷的新型吸附材料，其特征在于：所述鋁化合物為氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁或明礬中的一種或多種。一種高效去除水體中磷的新型吸附材料，其特征在于：所述沉淀劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨或尿素中的一種或多種。本專利技術優選的技術方案為：以粉狀產品的干基計，各成分的含量按重量比為氫氧化鑭18％，氫氧化鋁77％，鋁酸鑭5％。本專利技術的效果：本專利技術采用簡單的制備方法，生產出價格低廉效果較好的除磷吸附劑。該除磷吸附劑通過靜電引力、配位體交換和吸附劑表面氧空位作用，對水體中不同種類的磷化合物均具有較高的去除效果。pH適用范圍廣，生態安全性高，儲藏、運輸、使用方便，磷固定效果持久，經濟效益顯著。(四)附圖說明圖1為一種高效去除水體中磷的新型吸附材料的掃描電鏡照片圖2為一種高效去除水體中磷的新型吸附材料的XRD衍射圖圖3為一種高效去除水體中磷的新型吸附材料的LaLIII-edgeEXAFS圖譜(五)具體實施方式實施例1：稱取4g氯化鑭和13g氯化鋁至1L錐形瓶中(1)；加入200mL去離子水，60℃水浴條件下攪拌10min，使其完全溶解(2)；加入2molL-1的氫氧化鈉溶液至pH為9時停止加入(3)；保持體系溫度為60℃繼續加熱10小時(4)；用約1L去離子水洗滌產物3至4次，離心去除上清液，冷凍干燥(5)；研磨得到除磷吸附劑粉狀產品(6)。其中，氫氧化鑭含量占產品干基重18％，氫氧化鋁含量占產品干基重77％；鋁酸鑭占產品干基重5％；pH適用范圍為4-10。所得粉劑中：含La％＝13％；含Al％＝27％。實施例2：稱取4g氯化鑭和20g氯化鋁至1L錐形瓶中(1)；其余制備過程重復實施例1中步驟(2)～(6)。其中，氫氧化鑭含量占產品干基重14％，氫氧化鋁含量占產品干基重85％；鋁酸鑭占產品干基重1％；pH適用范圍為4-10。所得粉劑中：含La％＝10％；含Al％＝29％。實施例3：稱取4g氯化鑭和27g氯化鋁至1L錐形瓶中(1)；其余制備過程重復實施例1中步驟(2)～(6)。其中，氫氧化鑭含量占產品干基重11％，氫氧化鋁含量占產品干基重86％；鋁酸鑭占產品干基重3％；pH適用范圍為4-10。所得粉劑中：含La％＝8％；含Al％＝30％。實施例4：稱取4g氯化鑭和33g氯化鋁至1L錐形瓶中(1)；其余制備過程重復實施例1中步驟(2)～(6)。其中，氫氧化鑭含量占產品干基重8％，氫氧化鋁含量占產品干基重91％；鋁酸鑭占產品干基重1％；pH適用范圍為4-10。所得粉劑中：含La％＝6％；含Al％＝31％。實施例5：稱取4g氯化鑭和40g氯化鋁至1L錐形瓶中(1)；其余制備過程重復實施例1中步驟(2)～(6)。其中，氫氧化鑭含量占產品干基重7％，氫氧化鋁含量占產品干基重92％；鋁酸鑭占產品干基重1％；pH適用范圍為4-10。所得粉劑中：含La％＝5％；含Al％＝32％。應用實施例1：配置一系列磷初始濃度為10、20、30、40、50、60mgPL-1的磷酸二氫鉀溶液40mL，并分別加入0.04g上述實施例1中除磷吸附劑(固體濃度為1.0gL-1)。在25℃下170rpm振蕩24h后過濾，測定溶液中磷酸鹽的去除率。磷初始濃度在10、20、30、40、50、60mgPL-1下，除磷吸附劑對磷酸鹽的去除率分別為97％、98％、96％、98％、95％、95％。應用實施例2：配置一系列磷初始濃度為10、20、30、40、50、60mgPL-1的焦磷酸鈉溶液40mL，并分別加入0.04g上述實施例1中除磷吸附劑(固體濃度為1.0gL-1)。在25℃下170rpm振蕩24h后過濾，測定溶液中焦磷酸根的去除率。磷初始濃度在10、20、30、40、50、60mgPL-1下，除磷吸附劑對焦磷酸根的去除率分別為100％、92％、69％、55％、43％、36％。應用實施例3：配置一系列磷初始濃度為10、20、30、40、50、60mgPL-1的植酸鈉溶液40mL，并分別加入0.04g上述實施例1中除磷吸附劑(固體濃度為1.0gL-1)。在25℃下170rpm振蕩24h后過濾，測定溶液中植酸的去除率。磷初始濃度在10、20、30、40、50、60mgPL-1下，除磷吸附劑對植酸的去除率分別為99％、99本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高效去除水體中磷的新型吸附材料，其特征在于：以粉狀產品的干基計，各成分的含量按重量比為氫氧化鑭4％?30％，氫氧化鋁65％?95％，鋁酸鑭1％?5％，其分子結構中第一配位層鑭氧配位數為6.0?8.0，為一種配位不飽和結構，含有氧空位。

【技術特征摘要】
1.一種高效去除水體中磷的新型吸附材料，其特征在于：以粉狀產品的干基計，各成分的含量按重量比為氫氧化鑭4％-30％，氫氧化鋁65％-95％，鋁酸鑭1％-5％，其分子結構中第一配位層鑭氧配位數為6.0-8.0，為一種配位不飽和結構，含有氧空位。2.一種高效去除水體中磷的新型吸附材料，其特征在于制備步驟如下：(1)按鑭與鋁的摩爾比為1:5-40溶解一定量的鑭化合物與鋁化合物；(2)將沉淀劑加入步驟(1)中，保持體系溫度為50～90℃，并不斷攪拌；(3)當溶液pH為8-11后停止攪拌，保持體...

【專利技術屬性】
技術研發人員：潘綱，徐睿，張美一，
申請(專利權)人：中國科學院生態環境研究中心，
類型：發明
國別省市：北京;11