[發明專利]同步吸附污水中氨氮和磷酸根的改性沸石材料的制備方法

有效

• 申請號: 202210595723.5
• 申請日: 2022-05-30
• 公開（公告）號: CN114669274B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 杜連柱;盧振威;張克強;王思淇;翟中葳;程深偉
• 申請（專利權）人: 農業農村部環境保護科研監測所
• 主分類號: B01J20/16
• 分類號: B01J20/16;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/10;C02F101/16;C02F103/20
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 趙瑤瑤

本發明涉及一種同步吸附污水中氨氮和磷酸根的改性沸石材料的制備方法，本發明以NaY人造沸石材料為載體，采用浸漬?共沉淀法，將Mg、Fe兩種金屬元素負載至沸石載體表面；之后通過高溫煅燒，得到負載Mg氧化物/氫氧化物和Fe氧化物的沸石基吸附材料MNZ?Tx。該方法可以改善沸石材料的多孔性質，提高其表面活性，增加其對于的氨氮和磷酸根吸附性能，同時有助于解決吸附材料從液相中分離困難的問題。

技術領域

本發明屬于環境功能材料領域與水處理技術領域，具體涉及一種用于同步吸附污水中氨氮和磷酸根的改性沸石材料制備及應用。

背景技術

氮（N）和磷（P）是生物生長和代謝最必需的營養物質。然而，銨態氮和磷酸鹽的過度富集導致水體富營養化，從而促進藻類快速生長，最終污染水生生態系統乃至人類社會的供水系統。此外，可以轉化為硝酸鹽和亞硝酸鹽這兩種致癌物，可能會對公共衛生健康造成危害。此外，磷礦是一種不可再生的礦產資源，由于過度開采和緩慢的自然沉積，預計將在100年內枯竭。磷礦是近90%的磷的來源。因此，必須從富含氮磷的廢水中去除和回收營養物質，從而修復水環境，促進可持續發展。

目前常用于回收氮磷的工藝方法中，包括吸附法、膜分離法、沉淀法等。其中鳥糞石沉淀法能夠同步回收廢水中氮磷元素，并且其回收產物能夠作為一種緩釋氮磷肥，參與氮磷循環，因此受到廣泛關注。但是，由于鳥糞石（MgNH₄PO₄·6H₂O）晶體中的氮和磷元素的摩爾比相等，因此造成常規鳥糞石沉淀法工藝過程回收的氨氮較磷酸鹽相比，效率較低。同時，該工藝的回收產物鳥糞石產物的粒徑較小，嚴重阻礙其后續的產物回收和固液分離過程。因此，目前的相關研究采用Mg元素改性多孔吸附材料的方式，實現吸附法和鳥糞石沉淀法的耦合，以完成對鳥糞石產物的有效捕獲。但當前研究所制備吸附材料的氮磷回收性能還有一定的提升空間。其次，當前研究依然沒有解決單一鳥糞石沉淀法面臨的氨氮回收效率不高的問題。最后，在產物回收方面，目前的研究多關注于鳥糞石結晶粒徑，結晶位點等問題，對于“吸附材料-鳥糞石”這一整體產物的回收性能關注較少。

發明內容

本發明的目的是解決上述污水處理過程中綜合污水處理工藝中，鳥糞石沉淀法產物回收難且回收氨氮效率較低的問題，本發明提出了一種用于同步吸附污水中氨氮和磷酸根的改性沸石材料及應用。

本發明的技術方案如下：

一種同步吸附污水中氨氮和磷酸根的改性沸石材料的制備方法，步驟如下：

（1）沸石的制備：采用粉煤灰作為合成沸石的初始原料，目數為100~200目。將20 g上述粉煤灰與100 mL 4mol/L 的NaOH水溶液充分混合，烘干并轉移至坩堝內，置入600 ℃馬弗爐中焙燒2.5 h，得到粉煤灰熟料；取出該粉煤灰熟料，加入Na₂SiO₂·9H₂O，進行研磨，并加入去離子水配成溶液；之后，將乙醇作為模板劑，加入混合溶液中，攪拌均勻后轉移至高壓反應釜中，在100 ℃條件下晶化24 h后取出，過濾，烘干，即得NaY人造沸石；

（2）熱活化沸石：取人造沸石粉末載體置入馬弗爐中，以10 ℃/min的升溫速率，在400 ℃下煅燒4 h，得到熱活化NaY人造沸石粉末；

（3）負載：在室溫攪拌狀態下，步驟（2）熱活化人造沸石粉末負載上Mg鹽和Fe鹽，加清水洗滌2~3次，得前驅體C；

（4）煅燒：在室溫下，通過抽濾裝置將前驅體C過濾，洗滌。之后將得到的混合固體樣品置入馬弗爐，以10 ℃/min的升溫速率，在500~700 ℃下煅燒4 h，得到樣品D；

（5）洗脫：將樣品D過100~120目篩，并通過抽濾裝置充分洗滌，之后在110 ℃條件下充分烘干，即得到改性沸石材料。

而且，所述粉煤灰的SiO₂：Al₂O₃的鋁摩爾比為2.5。