[發明專利]一種陶土/軟錳礦高效除磷的環保吸附材料及制備方法

有效

• 申請號: 201910911055.0
• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN110575812B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 梁宏;彭紅;王兵;李永濤
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: B01J20/12
• 分類號: B01J20/12;C02F1/28;B01J20/30;C02F101/10
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 易小藝

本發明屬于環境吸附材料技術領域，公開了一種陶土/軟錳礦高效除磷的環保吸附材料及制備方法，固體料和水混勻后經風干、干燥、燒結和冷卻而成，其中固體料包括重量份的陶土80～90份、軟錳礦1～10份和硅酸鈉1～10份，以固定材料總量計，按質量比固體料：水＝1:0.4～0.6。本發明吸附材料用于含磷廢水的除磷吸附處理，具有較好的除磷性能，磷吸附量為16.507mg/g；高溫灼燒使其具備良好的機械強度，有利于實現再生回用，同時，新型吸附材料適宜的pH值范圍較寬，可廣泛應用于實際工程領域，具有良好的社會效益和經濟效益。

技術領域

本發明屬于環境吸附材料技術領域，具體涉及一種陶土/軟錳礦高效除磷的環保吸附材料及制備方法。

背景技術

隨著經濟與社會的發展，水體富營養化問題日益突出，水質惡化，藻類瘋長，嚴重危害水生生態系統和人類健康。磷的過量排放是造成水體富營養化的主要原因，因此，有效降低排放廢水中磷的含量已成為防治水體富營養化的一個重要途徑。

目前，除磷常用的方法主要包括生物法、化學沉淀法、電解離法和吸附法等，其中吸附法是一種針對低濃度溶液中去除某種特定溶質的高效低能耗的方法，并且其設備簡單、操作方便，因而備受關注。吸附法除磷主要是通過磷在吸附材料表面的附著吸附、離子交換或表面沉淀過程，要求吸附材料具有多孔結構或較大的比表面積。常見的吸附材料主要有天然礦物粘土、工農業廢棄物和人工合成材料等。陶土和軟錳礦作為一種天然礦物材料，本身就具有數量大，價格低，無污染，強穩定的優勢，具有良好的吸附作用。

軟錳礦作為重要的錳礦石，是一種環境屬性良好的礦物材料，具有良好的表面吸附效應、氧化還原作用和孔道效應等作用，并且軟錳礦中還含有Ni、Ti、Co等過渡金屬元素，具有催化氧化作用，對環境中許多污染物都具有吸附降解作用。錳在地表層的含量排在第十位，在金屬元素中僅次于鐵元素。但目前存在著錳礦資源品位低、礦床規模偏小、成分復雜且雜質多、開采條件復雜等缺點的技術問題，嚴重限制了我國有關于錳礦產業的發展以及對錳礦資源的最大化利用。如何加強研究提高錳礦資源利用效率，以及如何加強挖掘錳礦資源其他領域(如污水治理)的潛力非常必要和所需要的。

鐘瓊等通過研究酸性條件下天然錳礦對甲基橙染料進行處理，結果表明經過硫酸改性的天然錳礦，在最佳反應條件下，通過吸附作用和氧化作用使染料廢水中甲基橙的去除率高達95％。姚敏研究發現軟錳礦在酸性條件下對As(Ⅲ)和As(Ⅴ)均表現出較強的吸附能力。在pH＝2時，軟錳礦對1mg/LAs(Ⅴ)吸附容量為3.77mg/g，As(Ⅲ)吸附容量9.55mg/g。軟錳礦主要成分為MnO₂，Syed Mustafa等研究發現MnO₂質子化對磷酸鹽的吸附起主導作用，吸附量隨磷酸鹽濃度的增加而增加，但隨pH值的增加而減少，受pH影響較大，實踐中存在著不利于含磷廢水的處理的技術問題，且因為粉末狀，不利于固液分離，易堵塞設備，操作和生產上不方便，難以運用。

活性炭因其凈化效率高、操作靈活性大且不產生二次污染，成為廢水處理中最常用的吸附材料，但目前應用于凈化廢水的活性炭存在再生困難，成本過高，容易粉化等缺點，且吸附性能不穩定，因此研制新型廉價高效吸附材料仍是今后廢水處理的研究重點和熱點。

中國發明專利CN201610586780.1，一種用于污水除磷的污泥活性炭吸附劑及其制備方法，按照質量百分比由0.1％～5.0％的軟錳礦粉末與95％～99.9％的污泥活性炭組成，上述組份的質量百分比之和為100％，經過混合、ZnCl2溶液和稀硫酸溶液超聲活化處理、450～650℃灼燒后冷卻，再水洗至中性。具有好的除磷效果、制備工藝較簡單等優點。其中軟錳礦加入污泥中主要是為了原料的炭化和活化反應，因為軟錳礦中含有的β－MnO2以及α－Fe2O3，它們作為種良好的化學反應催化劑，能夠催化污泥中難分解有機質的分解，從而使污泥炭化得更加徹底，有助于有機物炭化形成多孔活性炭。但這個專利中存在污泥的不安全性，一般污泥中含有大量的重金屬，存在二次污染的風險；且制作的污泥活性炭吸附劑為粉末，易堵塞設備，過濾阻力大等技術問題。