[發(fā)明專利]一種氧化鋯改性的活性炭纖維及其在去除水體中磷酸鹽中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210531335.7
• 申請(qǐng)日: 2012-12-12
• 公開（公告）號(hào): CN102941064A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許昭怡;宗恩敏;鄭壽榮;萬(wàn)海勤;韓玉香;還中科;萬(wàn)玉秋;朱東強(qiáng);魏丹;彭渡;王文娟;周娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J20/20
• 分類號(hào): B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/58
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 韓朝暉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)材料和水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種吸附劑及其應(yīng)用，具體涉及一種氧化鋯改性的活性炭纖維，以及該吸附劑在去除水體中磷酸鹽方面的應(yīng)用。

背景技術(shù)

生物所需的氮磷等無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入湖泊、河流等水體后，會(huì)造成富營(yíng)養(yǎng)化，主要表現(xiàn)為大量浮游藻類及其他浮游生物的迅速繁殖，并最終導(dǎo)致水體溶解氧下降，水質(zhì)惡化，大量水生生物死亡。其中，磷是決定藻類生長(zhǎng)的限制性因數(shù)之一。水體中過量的磷主要來(lái)源于工業(yè)廢棄物、農(nóng)業(yè)肥料和城鎮(zhèn)生活污水，以及河流底泥沉積物中磷的釋放。

目前，常用的除磷技術(shù)有化學(xué)法、生物法和吸附法。化學(xué)法中，以化學(xué)沉淀法應(yīng)用最廣，離子交換法、反滲透法、電滲析法因運(yùn)行費(fèi)用太高而難以得到推廣。雖然化學(xué)沉淀法除磷效率可達(dá)80~90%，不會(huì)出現(xiàn)重新釋磷，但是該法所需藥劑量太大從而導(dǎo)致處理費(fèi)用較高，并且會(huì)產(chǎn)生大量化學(xué)污泥而造成污泥污染的問題。生物除磷的工藝運(yùn)行穩(wěn)定性差，處理?xiàng)l件苛刻，對(duì)廢水中有機(jī)物濃度依賴性強(qiáng)。而吸附法可同時(shí)克服化學(xué)沉淀法和生物法中的以上缺點(diǎn)，且操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行可靠，是一種極具應(yīng)用前景的除磷方法。

目前，常用的吸附劑有工業(yè)廢渣、氧化鐵、氧化鋁、紅壤以及其他金屬氧化物的復(fù)合材料等，其中金屬氧化物復(fù)合材料可以綜合金屬氧化物和基體材料各自的優(yōu)點(diǎn)，日益成為各國(guó)科學(xué)家研究除磷應(yīng)用的熱點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，氧化鋯可耐酸堿，對(duì)磷酸鹽具有良好的去除效果。將氧化鋯修飾到高比表面的基體材料中，是一種可以有效提高氧化鋯分散度和增加活性吸附位點(diǎn)的方法。

活性炭纖維具有高度發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)，比表面積大，原料價(jià)廉易得，如果將氧化鋯負(fù)載在活性炭纖維表面，并將其應(yīng)用于水體中磷酸鹽的吸附去除，將會(huì)產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種新型的無(wú)機(jī)材料，即氧化鋯改性的活性炭纖維。

本發(fā)明的另一目的是將所述的氧化鋯改性的活性炭纖維作為吸附劑應(yīng)用于水體中磷酸鹽的吸附去除中。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用以下技術(shù)方案：

一種氧化鋯改性的活性炭纖維，其特征在于，所述的活性炭纖維表面負(fù)載氧化鋯納米粒。

所述的活性炭纖維表面負(fù)載的氧化鋯為無(wú)定形氧化鋯。

所述的氧化鋯改性的活性炭纖維按以下方法制得：將預(yù)處理后的活性炭纖維和正丙醇鋯加入到無(wú)水甲苯中，超聲分散，在惰性氣氛中110℃下加熱回流進(jìn)行鋯化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物分離、洗滌，真空干燥，制得氧化鋯改性的活性炭纖維。

本發(fā)明中吸附劑的制備中所用的活性炭纖維需經(jīng)過預(yù)處理，其預(yù)處理方法具體為：將活性炭纖維先剪成尺寸≤10cm×10cm的長(zhǎng)方形或者正方形，在蒸餾水中浸泡24~36?h，瀝干后干燥；將上述活性炭纖維進(jìn)一步剪成尺寸≤2mm×3mm的碎屑，在水浴中煮沸2~4?h，干燥后，采用雙氧水于90℃下再進(jìn)行氧化處理2~4?h。

預(yù)處理后的活性炭纖維通過液相合成法將氧化鋯負(fù)載于活性炭纖維表面。所述活性炭纖維與正丙醇鋯的質(zhì)量比為1~3:1。所述的正丙醇鋯一般選用60~80wt%的正丙醇鋯溶液。

鋯化反應(yīng)時(shí)間為1~6?h，優(yōu)選3?h。

鋯化反應(yīng)產(chǎn)物依次經(jīng)無(wú)水甲苯、無(wú)水乙醇和去離子水洗滌后，進(jìn)行真空干燥，即可制得所述的氧化鋯改性的活性炭纖維。

本發(fā)明還涉及所述的氧化鋯改性的活性炭纖維在去除水體中磷酸鹽中的應(yīng)用，即以氧化鋯改性的活性炭纖維作為吸附劑，對(duì)含磷酸鹽水體中的磷酸鹽進(jìn)行吸附去除。

吸附過程可以采用靜態(tài)的間歇吸附過程和動(dòng)態(tài)的連續(xù)吸附過程兩種方式。其中，磷酸鹽吸附去除的條件為：吸附溫度為25~65℃，優(yōu)選25℃；吸附時(shí)間為24~48?h，優(yōu)選為24?h。含磷酸鹽水體的pH為2~10，優(yōu)選2~6；水體中磷酸鹽的初始濃度為2~50?mg·L^-1；吸附劑氧化鋯改性的活性炭纖維與含磷酸鹽水體的質(zhì)量比優(yōu)選為1:1000~2000。吸附平衡后，將吸附飽和的吸附劑從水體中分離，同時(shí)吸附后的水體直接流出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)磷酸鹽的吸附去除。

所述的含磷酸鹽水體中可含有0~0.1?mol·L^-1?NaCl，水體中的離子強(qiáng)度對(duì)磷酸鹽的吸附處理影響不大。