[發明專利]一種非晶態高效除磷吸附材料及其制備方法與水處理應用

有效

• 申請號: 202011401625.0
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112675810B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 王威;單蘇潔;張濤;崔福義
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B01J20/12
• 分類號: B01J20/12;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/10
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

一種非晶態高效除磷吸附材料及其制備方法與應用，屬于水處理材料制備技術領域。本發明主要針對現有除磷吸附材料去除量有限、制備復雜等問題，擬通過“一鍋法”反應，以天然黏土礦物材料為基底，將非晶態的碳酸鈰、碳酸亞鐵納米粒子共負載于其結構表面，構建具有高飽和吸附容量、pH穩定、不受水質影響的非晶態高效除磷吸附材料。其主要制備步驟為：將天然黏土礦物材料、鈰鹽、鐵鹽與尿素加入到水中，攪拌0.5～10h后加入還原劑；繼續攪拌0.3～2h使其混合均勻，后在60～100℃下繼續攪棒反應2～24h，反應結束后將產物固液分離、清洗數次后置于40～80℃烘箱中干燥。本發明制備過程簡單，操作方便，原料易得，具有較好的應用前景。

技術領域

本發明屬于水處理材料制備技術領域，具體涉及一種非晶態鈰鐵共改性天然黏土礦物高效除磷吸附材料及其制備方法與應用。

背景技術

眾所周知，水體富營養化會造成藻類大量繁殖、水中氧氣耗盡、生物有機體死亡和水生生態平衡破壞。其中，過量氮和磷是引發水體富營養化的主要原因。而研究普遍認為，磷含量超標是造成水體富營養化現象的決定性因素，因此水體除磷對控制富營養化至關重要。吸附法除磷以其操作簡單、效率高等優點，在眾多除磷方法中備受關注。

鈰是稀土元素中豐度最高的元素，具有獨特的4f電子結構，可以與路易斯堿類物質官能團形成絡合物，對磷酸根離子具有專屬吸附作用。由于納米顆粒容易團聚，致使大量活性位點難于利用，因此，為了實現鈰基活性吸附位點的最大化利用，目前主要通過將各鈰納米粒子負載于各類載體上，以實現鈰納米材料的分散，強化其對磷酸根的接觸和吸附。通常，載體材料的特性會影響納米顆粒的負載，進而影響復合吸附材料對污染物的吸附。目前，已有文獻報道以橘子皮、殼聚糖、木質素或生物炭為載體，負載鈰離子、氧化鈰或氫氧化鈰作為除磷吸附材料。然而，它們大都存在諸如制備復雜、吸附容量低、低濃度磷環境中去除效果差、pH穩定性差或易受共存離子干擾等缺點，嚴重限制了其在實際水體除磷方面的運用。

一些天然黏土礦物材料，諸如海泡石、凹凸棒石、埃洛石、膨潤土、硅藻土、高嶺土等，不僅儲量豐富、價格低廉，其往往還具有較高的陽離子交換性能和較大的比表面積，常被用作優質的催化劑載體和吸附材料。在水環境中，由于這些天然黏土礦物材料表面具有較高的凈負電荷，致使其難以與同帶負電荷的磷酸根陰離子結合，因此，原天然黏土礦物材料對磷酸根的去除量十分有限。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有除磷吸附材料去除量有限、制備復雜、制備成本高、pH穩定性差等問題，提供一種非晶態鈰鐵共改性天然黏土礦物高效除磷吸附材料及其制備方法與應用。由于所負載鈰鐵納米粒子呈非晶態結構，其具有較多的缺陷位點及較大的比表面積，可提供大量的活性位點。該方法制備的吸附材料具有優異的磷去除性能，且工藝步驟、所用設備及具體實施均較簡單，綠色環保，原料價格低廉、易于獲取，具有較好的應用前景。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種非晶態高效除磷吸附劑，其具體涉及一種非晶態鈰鐵共改性天然黏土礦物高效除磷吸附材料，所述除磷吸附材料通過非晶態碳酸鈰、碳酸亞鐵納米粒子與天然黏土礦物材料復合而成，其中，非晶態的碳酸鈰、碳酸亞鐵納米粒子附著于天然黏土礦物材料的結構表面。

一種上述的非晶態鈰鐵共改性天然黏土礦物高效除磷吸附材料的制備方法，所述方法步驟如下：將未經處理的天然黏土礦物材料、鈰鹽、鐵鹽與尿素加入到水中，共攪拌0.5~10 h后加入還原劑；接著繼續攪拌0.3~2 h使其混合均勻，60~100℃下攪拌反應2~24 h，反應結束后產物固液分離、清洗，40~80℃烘干即得功能組分為非晶態鈰鐵納米粒子的高效除磷吸附材料。

一種上述制備得到的非晶態鈰鐵共改性天然黏土礦物高效除磷吸附材料在去除各類水體中的磷的應用。

本發明相對于現有技術的有益效果為：

（1）本發明制備過程簡單，操作方便，原料易得，具有較好的應用前景；