[發明專利]一種高效去除廢水中磷的復合材料、其制備方法及其用途

在審

• 申請號: 201911179193.0
• 申請日: 2019-11-27
• 公開（公告）號: CN110918055A
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發明（設計）人: 卞榮軍;連萬里;潘根興
• 申請（專利權）人: 南京農業大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C09K17/06;C02F101/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹翠珍

本發明涉及一種高效去除廢水中磷的復合材料、其制備方法及其用途,該復合材料是以貝殼類廢棄物和農作物秸稈的混合物為原料，在無氧條件下高溫熱裂解，得到炭質材料。將該炭質材料投加到含磷廢水中，經過吸附磷酸鹽、沉淀、分離，得到負載磷酸鹽的炭質材料，再應用于污染土壤中重金屬吸附和鈍化。本發明充分利用貝殼類和秸稈廢棄物資源，通過高溫熱裂解后獲得比僅以各原料單獨熱裂解或簡單復配更好磷吸附效果的混合物熱裂解炭，回收得到的富磷炭材料可用作重金屬污染土壤改良劑，制備過程綠色環保，無污染。

技術領域

本發明涉及環保技術領域，具體涉及一種高效去除廢水中磷的復合材料、其制備方法及其用于污染土壤中重金屬鈍化的用途。

背景技術

近年來，隨著人類活動產生的排放不斷增加，水體中磷污染以及土壤重金屬污染日益成為我國重要的環境問題，引起了社會的廣泛關注。眾所周知，磷是重要的植物營養元素，也是造成地表水富營養化的一個重要限制性因素。它的來源主要有農業種植、城市雨水徑流、市政和工業廢水及畜禽糞便排放等。例如，我國長江經濟帶總磷超Ⅲ類的斷面比例達到18.3%，其中聚集于長江經濟帶地區的磷肥生產企業是造成磷污染的重要因素，部分磷石膏庫滲濾液總磷質量濃度高達4000-8000毫克/升，而當環境水體中總磷濃度超過0.2毫克/升時就會造成水體中藻類增殖和水體惡化，若無法實現規范堆存和及時回收利用，極易造成周邊水體及地下水總磷含量超標、富營養化。據報道，我國畜牧業生產體系40%的糞尿磷素以直接水體排放或者填埋形式損失，這意味著我國地表水和地下水都受到了嚴重的影響。因此，高濃度的含磷廢水中磷素的回收再利用不僅能解決磷素資源短缺問題，也可減少由于磷污染引起的多種環境問題。目前國內外采用的污水中除磷方法主要有化學沉淀法、生物去除法和吸附法等。其中吸附法由于操作簡單、處理成本低、除磷效率高等有點得到廣泛的應用。尋找低成本、高效率的吸附劑是近年來水環境中磷去除的研究熱點。但已有的研究和發明，主要針對水體中磷的吸附和去除，目前未有將吸附了污水中磷元素后的治污材料再利用到土壤重金屬污染治理的相關報道。

此外，由于礦石開采、冶煉等工業活動產生的廢水、廢物和大氣沉降，污泥農用、污水灌溉以及農業投入品的大量使用，導致土壤重金屬污染，進而使得水體和農產品中重金屬含量超標，可能引起嚴重的生態和健康風險。用于修復重金屬污染土壤的方法主要包括生物修復技術和化學穩定技術。其中化學穩定技術，即向污染土壤中添加重金屬鈍化材料，如石灰、沸石、磷酸鹽等，這些物質可以增加土壤吸附固定重金屬的能力或者直接與重金屬形成穩定的難溶沉淀和絡合物，從而降低重金屬在土壤中的生物有效性和毒性。由于這種方法成本低、見效快，是最常用的重金屬污染土壤改良方法。含磷化合物作為農業必須的肥料已經得到了廣泛的應用，而磷酸鹽通過專性吸附或沉淀等作用可以與鉛、鎘、銅和鋅等重金屬形成穩定的絡合物，不僅可以顯著降低重金屬的有效性和植物的吸收，同時以可以作為植物磷素的來源，促進作物的生長。

我國殼貝類養殖業產量巨大，但是非食用部分利用率較低，從而產生了大量的廢棄物。據報道，我國每年產生的廢棄貝殼約為800多萬噸，甲殼類廢物產生量約1000多萬噸，如果這些廢棄物能夠綜合利用，將有利于環境的改善和廢棄物的處理。然而，天然或者原生殼貝類廢棄物對污染物的吸附性能有限，吸附效率低，需要經過合適的性能改良才能達到理想的效果。此外，我國每年秸稈產生量約為10億噸左右，而秸稈類廢棄物具有結構疏松，孔隙發達的特點，是潛在的貝殼類廢棄物粉末的載體材料。如果能將二者有機結合，不僅解決了廢棄物的可持續利用問題，又能去除水體中磷酸鹽并應用于重金屬污染土壤修復，將具有極大的社會和生態效益。

發明內容：

針對現有技術的不足，本發明提供了一種高效去除廢水中磷的復合材料、其制備方法及其用途，充分利用貝殼類廢棄物和農業秸稈廢棄物，將貝殼類廢棄物與農作物秸稈按比例混合后通過高溫熱裂解改善二者結構特征，提高其對水體磷的吸附性能；再將處理污水后富集了磷元素的炭材料作為土壤改良劑，從而達到利用廢棄資源治理高濃度含磷廢水，又實現了重金屬污染土壤的修復，全過程無化學品添加，綠色安全。

為實現上述目的，本發明提供了下列技術方案包括以下步驟：