[發明專利]一種納米除磷劑、制備方法及應用

在審

• 申請號: 201711037190.4
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN107876000A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 黃梅;路一帆;夏炎;吳華威
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J20/02
• 分類號: B01J20/02;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/58;C02F101/10
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于環境廢水處理領域，具體涉及一種納米除磷劑及其制備方法以及在低磷廢水中的除磷應用。

背景技術

全球關注的環境熱點問題水體富營養化是指水體中N、P等營養鹽含量過多而引起的水質污染現象。水體富營養化會引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，形成水華或赤潮現象，造成水體透明度降低，溶解氧過飽和以及水中溶解氧減少，導致水生動物大量死亡，水質惡化，水資源被污染，嚴重影響人類生活和社會經濟發展。

磷被公認為是決定水域生產率以及影響藻類異常繁殖的限制性因子，因此有效減少廢水中的磷含量，對提高現有污水處理廠的出水水質，治理水體污染，防治水體富營養化都具有重要意義。

目前常用的廢水除磷方法主要包括物理法、化學法、生物法和人工濕地法等。物理吸附法除磷既受到除磷劑的最大飽和吸附量限制，還存在吸附劑再生難和選擇性差等缺陷。生物法除磷操作簡單，利用嗜磷菌在好氧及厭氧條件下交替運行來實現除磷，雖然處理價格低廉，但處理效果有限，且易受溫度、溶解氧、pH和鹽濃度等外界因素影響。化學法有化學沉淀法、離子交換法、反滲透、電滲析等方法，其中用途最廣的為化學沉淀法，主要利用鐵鹽、鋁鹽和石灰等能與磷酸根生成難溶性磷酸鹽沉淀的方法去除水中的磷。雖然化學法對于磷含量較高的廢水具有較好的處理效果，但對低磷廢水而言，化學藥劑的大量消耗使運行成本顯著增高。

針對低磷廢水，含稀土金屬鑭的除磷劑的除磷效果明顯好于普通化學除磷劑，這是因為鑭是一種具有強親電性的稀土元素，它能同水體中的磷酸根離子結合形成溶度積極低的磷酸鑭復合物，目前已開發的含鑭除磷劑的有效組分包括La₂O₃、La(OH)₃、La₂(CO₃)₃等。

公開號為CN 105854806 A的專利公開了一種負載鑭鐵復合金屬氧化物的膨脹石墨除磷劑，以膨脹石墨作為疏松多孔結構材料基體，在膨脹石墨基體的微孔表面上負載有鑭鐵復合金屬氧化物。

公開號為CN 106698548 A的專利公開了一種高效除磷劑，按質量百分比金屬化合物30％-70％，天然礦粉10％-20％，絮凝劑10％-20％，活性炭5％-10％，助凝劑5％-10％配制，其中金屬化合物包括鋁鹽或鐵鹽，還包括鑭化合物(氧化鑭、硫酸鑭、氯化鑭中的一種或任意幾種)。但是目前制備La(OH)₃和La₂(CO₃)₃時均采用共沉淀方法，只能獲得微米尺寸的產品。

微米尺寸沒有表面效應，即隨著顆粒直徑變小，比表面積顯著增加，顆粒表面原子數相對增多，從而使這些表面原子具有很高的活性且極不穩定，致使顆粒表現出不一樣特性的現象；納米材料具有顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大等特點，因而具有傳統材料所不具備的奇異或反常的物理、化學特性，即納米效應。納米粒子中的原子極易與外來原子吸附鍵結，同時因粒徑縮小而提供了大表面的活性原子，從而在催化和反應中表現出特異性的超強能力。比如，對直徑大于0.1微米的顆粒表面效應可忽略不計，當尺寸小于0.1微米時，其表面原子百分數激劇增長，甚至1克超微顆粒表面積的總和可高達100平方米，這時的表面效應將不容忽略。而當粉末粒子尺寸由10微米降至10納米時，其粒徑雖改變為1000倍，但換算成體積時則將有10的9次方倍之巨，所以微米尺寸的產品和納米尺寸的產品二者在行為上將產生明顯的差異。

離子液體是近十年來得到迅速發展的重要液體物質，其特殊的物理化學性質，使它在制備納米材料中表現出巨大的應用潛力，不但可簡化納米材料的制備過程，同時還能促進小粒徑納米粒子的形成，并提高產物中納米粒子的分散性和熱穩定性。此外，離子液體具有的較大極性，使其可作為制備納米材料的軟濕微模板，控制納米材料的形態。

發明內容

本發明的目的在于提供一種納米除磷劑，納米粒子的表面效應使納米除磷劑表面具有強吸附性，鑭的強親電性使其同磷酸根離子結合形成溶度積極低的磷酸鑭復合物，適用于處理低磷污水，尤其適用于處理低磷污水中無機磷組分。

本發明提供的納米除磷劑為碳酸鑭水合物，其分子式為La₂(CO₃)₃〃n H₂O，其中n為整數，1≤n≤8。

本發明還提供了一種納米除磷劑的制備方法，包括以下步驟：