[發(fā)明專(zhuān)利]一種水熱炭/水化硅酸鈣耦合材料、其制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110782525.5
• 申請(qǐng)日: 2021-07-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113351164B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江盧華;李科威;劉學(xué)端;劉少博
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J20/20
• 分類(lèi)號(hào): B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/10
• 代理公司: 武漢臻誠(chéng)專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 42233
• 代理人: 胡星馳

本發(fā)明公開(kāi)了一種水熱炭/水化硅酸鈣耦合材料、其制備方法及應(yīng)用。所述材料，其包括質(zhì)量比例在0.25?1.25:1之間的水熱炭骨架、以及水化硅酸鈣固體粉末；所述水化硅酸鈣固體粉末均勻的附著在所述水熱炭骨架上；采用一步法制備。本發(fā)明提供的水熱炭/水化硅酸鈣耦合材料，通過(guò)微波水熱處理，將水化硅酸鈣負(fù)載到水熱炭基質(zhì)上制備成耦合材料，有效防止水化硅酸鈣在水體中團(tuán)聚，同時(shí)還能發(fā)揮水熱炭對(duì)磷的吸附作用，相對(duì)于水化硅酸鈣材料，除磷性能明顯提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境功能材料領(lǐng)域，更具體地，涉及一種水熱炭/水化硅酸鈣耦合材料、其制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

磷是一種不可再生的非金屬礦產(chǎn)資源，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，磷的需求量不斷增加。我國(guó)磷礦資源較豐富，但貧礦多富礦少，難選礦多易選礦少。磷礦現(xiàn)已被我國(guó)自然資源部列入24種國(guó)家戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄之一。另一方面，目前我國(guó)每年的污水排放量約為1300億噸，其中所排放的磷大約有62.1萬(wàn)噸。污水中大量的磷未經(jīng)回收而排放，會(huì)使我國(guó)面臨著因水體富營(yíng)養(yǎng)化而引起水資源短缺和磷資源浪費(fèi)的挑戰(zhàn)。因此，將污水中的磷去除并加以回收利用，不僅能改善水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，提高水資源的可利用率，同時(shí)還能節(jié)約磷資源，緩解磷資源短缺問(wèn)題，對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

水化硅酸鈣除磷材料由于結(jié)晶產(chǎn)物與磷礦成分相似，無(wú)毒無(wú)害，回收后有資源回用的潛力，是具有應(yīng)用前景的除磷材料，然而其除磷性能有待進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種水熱炭/水化硅酸鈣耦合材料、其制備方法及應(yīng)用，其目的在于將水化硅酸鈣均勻的負(fù)載于水熱炭骨架上，一方面通過(guò)水熱炭的特殊微觀形貌為除磷反應(yīng)提供良好的反應(yīng)點(diǎn)位，另一方面通過(guò)水熱炭顆粒狀的負(fù)載防止水化硅酸鈣發(fā)生團(tuán)聚，實(shí)現(xiàn)水化硅酸鈣除磷材料方便的回收，由此解決水化硅酸鈣除磷材料難以回收、易于團(tuán)聚導(dǎo)致除磷效果不佳的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種水熱炭/水化硅酸鈣耦合材料，其包括質(zhì)量比例在0.25-1.25:1之間的水熱炭骨架、以及水化硅酸鈣固體粉末；所述水化硅酸鈣固體粉末均勻的附著在所述水熱炭骨架上。

優(yōu)選地，所述水熱炭/水化硅酸鈣耦合材料，其水熱炭骨架比表面積在1-10m2/g之間，孔隙體積在0.08-0.12cm3/g之間，孔徑大小在2-5nm之間，粒度范圍在在60-200目篩之間。

優(yōu)選地，所述水熱炭/水化硅酸鈣耦合材料，其所述水化硅酸鈣固體粉末比表面積5-60m2/g，孔隙體積0.028-0.274cm3/g，孔徑大小14.37-34.11nm。

按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種所述水熱炭/水化硅酸鈣耦合材料的制備方法，其特征在于，采用一步法，具體步驟如下：

（1）將粒度在60-200目的水不溶性碳水化合物質(zhì)量比例10.3-51.5:1，加入到水化硅酸鈣前體中，使得鈣元素與水不溶性碳水化合物的質(zhì)量比在1: 1-10之間，獲得前體漿料；

（2）將步驟（1）獲得的前體漿料，采用微波加熱，維持溫度100-220℃，進(jìn)行水熱合反應(yīng)2至10小時(shí)，獲得水熱炭/水化硅酸鈣漿料；

（3）將步驟（2）獲得的水熱炭/水化硅酸鈣漿料干燥并研磨，獲得所述水熱炭/水化硅酸鈣耦合材料。

優(yōu)選地，所述水熱炭/水化硅酸鈣耦合材料的制備方法，其所述水不溶性碳水化合物優(yōu)選纖維素基碳源材料。

按照本發(fā)明的另一個(gè)方面提供改了一種所述的水熱炭/水化硅酸鈣耦合材料的應(yīng)用，應(yīng)用于去除水體中的磷。

優(yōu)選地，所述應(yīng)用，其對(duì)于含有磷元素20-140mg/L的水體，加入本發(fā)明提供的水熱炭/水化硅酸耦合材料，使得每60mg磷對(duì)應(yīng)加入0.2-1.0g所述水熱炭/水化硅酸耦合材料。