一種用于污水除磷的吸附劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于污水處理所用吸附劑及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于污水除磷的吸附劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)的發(fā)展和人類活動(dòng)的加劇，水體環(huán)境的改變十分顯著，尤為突出的是水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題。富營(yíng)養(yǎng)化主要是因水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如氮、磷等含量過(guò)量所引起的。其中磷是自然水體中藻類等浮游植物生長(zhǎng)的限制性因子，也是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的決定性因子。我國(guó)第二次的湖泊現(xiàn)狀調(diào)查數(shù)據(jù)顯示:現(xiàn)有的138個(gè)面積大于1km2的湖泊中，達(dá)到重度富營(yíng)養(yǎng)化標(biāo)準(zhǔn)的占40.1 %，超過(guò)富營(yíng)養(yǎng)化標(biāo)準(zhǔn)的占85.4%。湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化程度日趨嚴(yán)重，水體水質(zhì)逐漸下降，所帶來(lái)的后果不僅直接影響日常的飲用水安全，更對(duì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展有著不可估量的負(fù)面影響。
[0003]吸附法是一種針對(duì)低濃度溶液中去除某種特定溶質(zhì)的高效而低能耗方法，特別適用于廢水中各種有毒有害物質(zhì)的去除。吸附法的吸附機(jī)理是利用吸附劑對(duì)水體中某種特定溶質(zhì)的親和力來(lái)實(shí)現(xiàn)去除的，故一般要求所用的吸附劑具有較大的比表面積或是疏松多孔的結(jié)構(gòu)。高效吸附劑的選擇通常應(yīng)滿足:(I)吸附速度快；(2)吸附容量高；(3)高選擇性；
[4]無(wú)有害物質(zhì)溶出；(5)吸附劑再生容易、性能穩(wěn)定；(6)材料廉價(jià)易得。
[0004]現(xiàn)有的吸磷劑中，雖然天然材料(如膨潤(rùn)土、硅藻土、天然沸石等)、廢渣(如鋼渣、粉煤灰等)因價(jià)格低廉易得而被廣泛應(yīng)用于廢水處理工藝中，但由于對(duì)磷的吸附容量低，運(yùn)行周期短，使得出水水質(zhì)達(dá)不到使用標(biāo)準(zhǔn)。為了彌補(bǔ)這類吸磷劑存在的缺陷，國(guó)內(nèi)外通常采用改性處理的方式，即通過(guò)酸堿改性和負(fù)載稀土金屬，以及調(diào)整吸磷劑的孔隙結(jié)構(gòu)、表面官能團(tuán)和提高能與磷生成沉淀產(chǎn)物的組分，來(lái)增大吸磷容量。相關(guān)改進(jìn)研宄表明，稀土吸磷劑較普通吸磷劑具有更高的吸附容量和更好的吸附效果。如牛利民等(云南環(huán)境科學(xué)，2004,23(3):51-53)用負(fù)載鑭氧化物來(lái)進(jìn)行改進(jìn)制得了稀土吸磷劑，并對(duì)其進(jìn)行了水體吸磷試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明所制備的吸附劑的對(duì)磷的吸附去除可達(dá)95%，但該吸磷劑只適宜于酸性污廢水(pH= 3?5)中磷的去除，對(duì)天然水體和工業(yè)污廢水中(pH>6)磷的去除能力有限。李彬等(昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版)，2005，30 (4):88-91)以分子篩為載體負(fù)載鑭氧化物制得了一種稀土吸磷劑，并用于廢水深度除磷，雖然其磷的吸附容量可達(dá)19.24mg/g，所制備的吸附劑經(jīng)多次脫附焙燒再生后，吸附性能仍可保持原有吸附容量的85%，但由于該吸磷劑是以分子篩為載體，而分子篩的制備成本較高，故需將其進(jìn)行反復(fù)的再生處理，以降低使用成本，而該再生處理的操作步驟不僅繁瑣，周期長(zhǎng)，且要消耗再生藥劑，產(chǎn)生能耗，不利于吸磷劑的推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，首先提供一種用于污水除磷吸附劑的制備方法。
[0006]本發(fā)明的另一目的是提供一種由上述方法制備的用于污水除磷的吸附劑。
[0007]對(duì)于廢水除磷的工業(yè)化應(yīng)用來(lái)說(shuō)，不僅要求所采用的吸磷劑具有高選擇性、大吸附容量、長(zhǎng)運(yùn)行周期，同時(shí)還必須綜合考慮吸附劑的價(jià)格、設(shè)備費(fèi)、操作費(fèi)等因素帶來(lái)的成本問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，并且能夠獲得一種用于污水除磷且低成本高效的吸附劑，本發(fā)明人經(jīng)過(guò)深入研宄發(fā)現(xiàn)，在鋰鹽的生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的一種工業(yè)廢渣一一鋰硅粉，不僅其中的活性Si02+Al203>65%，含有稀有金屬鋰元素，且鋰硅粉表面多裂縫，有明顯的孔隙結(jié)構(gòu)，也就是說(shuō)其組成和表面形態(tài)特征都具備作為吸附劑載體的潛質(zhì)，加之其又為廢渣，能將其作為吸附劑的載體材料負(fù)載稀土鑭進(jìn)行改性，一方面可以獲得一種新型的稀土吸附劑材料用于污水中的高效除磷處理，另一方面還可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢渣的資源化及無(wú)害化，降低吸附劑成本，節(jié)約能源。
[0008]經(jīng)本發(fā)明人進(jìn)一步研發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明目的而提供的用于污水除磷吸附劑的制備方法，其特征在于該方法的工藝步驟和條件如下:
[0009](I)將工業(yè)鋰硅粉廢渣過(guò)彡150目篩后干燥備用；
[0010](2)先將可溶性鑭鹽用水配制成La3+離子濃度為0.04?0.16mol/L的溶液，然后按重量/體積比=1:2?1:20將干燥后的工業(yè)鋰硅粉廢渣加入配制的La3+離子溶液中并用堿性物調(diào)節(jié)混合液的pH = 8?12，經(jīng)充分?jǐn)嚢韬笥诔仂o置浸漬反應(yīng)7?12小時(shí)；
[0011](3)將浸漬反應(yīng)后的鋰硅粉-鑭混合物進(jìn)行固液分離，收集固體粉末，并將所得固體粉末反復(fù)水洗至中性，然后干燥即可。
[0012]上述方法中所用的可溶性鑭鹽為鑭的硝酸鹽、鑭的硫酸鹽或鑭的鹵化物中的任一種，優(yōu)選氯化鑭或硝酸鑭。
[0013]上述方法中所用的工業(yè)鋰硅粉廢渣優(yōu)選過(guò)150?300目篩，更優(yōu)選過(guò)150?200目篩。
[0014]上述方法中工業(yè)鋰硅粉廢渣與La3+離子溶液的重量/體積比優(yōu)選1:5?1:10。
[0015]上述方法中鑭離子濃度優(yōu)選0.08?0.12mol/Lo
[0016]上述方法中混合液的pH優(yōu)選10?12。
[0017]上述方法中靜置浸漬反應(yīng)的時(shí)間優(yōu)選8?10小時(shí)。
[0018]上述方法中所用堿性物優(yōu)選IM的NaOH或KOH溶液。
[0019]本發(fā)明提供的由上述方法制備的一種用于污水除磷的吸附劑，該吸附劑的載體為^ 150目的工業(yè)鋰硅粉廢渣，其上負(fù)載有鑭離子，其對(duì)總磷濃度lmg/L、pH值為3?8的含磷污廢水或天然水體的磷去除率均> 86%。
[0020]以上吸附劑中載體優(yōu)選150?200目的工業(yè)鋰硅粉廢渣。
[0021]當(dāng)上述方法中的工業(yè)鋰硅粉廢渣優(yōu)選過(guò)150?200目篩，其制備條件均為優(yōu)選條件時(shí)，該吸附劑對(duì)總磷濃度2?13.5mg/L、pH為6?8的含磷污廢水或天然水體的磷去除率可達(dá)93?99%，吸附后水體中磷的濃度降至0.2mg/L以下，有效防止水體富營(yíng)養(yǎng)化。
[0022]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下積極效果:
[0023]1、由于本發(fā)明提供的吸附劑采用的載體原料是鋰硅粉，鋰硅粉本身不僅具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，表面有明顯的褶狀突起，表面積大，可提供足夠的活性吸附點(diǎn)位，且鋰硅粉中的硅氧結(jié)構(gòu)本身帶負(fù)電，易與改性劑中的鑭離子發(fā)生反應(yīng)生成水合氧化鑭，而生成的水合氧化鑭對(duì)污水中的磷酸根有良好的選擇吸附性，在酸性環(huán)境中，鑭氧化物帶正電，與磷酸根發(fā)生電性吸附生成磷酸鑭絡(luò)合物，同時(shí)置換羥基，不僅如此，反應(yīng)生成的磷酸鑭絡(luò)合物在水中溶解度小且具有穩(wěn)定性，因而可以有效的實(shí)現(xiàn)污水除磷，且除磷率較高。
[0024]2、由于本發(fā)明提供的吸附劑所采用的載體原料鋰硅粉選自工業(yè)廢渣，來(lái)源較廣，價(jià)格低廉，雖然改性所用的稀土鑭(LaCl3)價(jià)格較貴，但僅需微量添加，對(duì)總體制備成本影響不大，經(jīng)制備全程工藝經(jīng)濟(jì)分析可知:該新型吸磷劑工業(yè)成品的生產(chǎn)成本大約3000元/t，處理高磷濃度為50mg/l的污水成本約為1.5元/m3，因而相比市場(chǎng)上現(xiàn)有的稀土鑭改性吸磷劑，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和推廣價(jià)值。
[0025]3、由于本發(fā)明提供的吸附劑不管在自然水體還是在廢水中的吸磷效果均十分良好，吸附容量大，在水體中穩(wěn)定性高，不會(huì)造成水體的二次污染，因而具有很好的應(yīng)用前景。
[0026]4、由于本發(fā)明提供的吸附劑制備工藝簡(jiǎn)單，工藝參數(shù)易于控制，因而易于推廣。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的稀土鑭改性的鋰硅粉吸附劑與常規(guī)鋰硅粉的除磷效果對(duì)比曲線圖；
[0028]圖2為本發(fā)明實(shí)施例4制備的稀土鑭改性的鋰硅粉吸附劑的除磷效果曲線圖；
[0029]圖3為本發(fā)明實(shí)施例5制備的稀土鑭改性的鋰硅粉吸附劑的除磷效果曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]實(shí)施例1
[0031]將過(guò)150目篩分后工業(yè)鋰硅粉廢渣干燥備用；然后先將氯化鑭用水配制成La3+離子濃度為0.12mol/L的溶液，再按重量/體積比1:5將干燥后的工業(yè)鋰硅粉廢渣加入配制的La3+離子溶液中，并用IM的NaOH的稀堿液調(diào)節(jié)混合液的pH至9，經(jīng)充分?jǐn)嚢韬笥诔仂o置浸漬反應(yīng)8小時(shí)；將浸漬反應(yīng)后的鋰硅粉-鑭混合物進(jìn)行固液分離，收集固體粉末，并將所得固體粉末反復(fù)水洗至中性，然后干燥即可。
[0032]實(shí)施例2
[0033]將過(guò)200目篩分后工業(yè)鋰硅粉廢渣干燥備用；然后先將硝酸鑭用水配制成La3+離子濃度為0.1OmoI/L的溶液，再按重量/體積比1:2將干燥后的工業(yè)鋰硅粉廢渣加入配制的La3+離子溶液中，并用IM的NaOH的稀堿液調(diào)節(jié)混合液的pH至8，經(jīng)充分?jǐn)嚢韬笥诔仂o置浸漬反應(yīng)7小時(shí)；將浸漬反應(yīng)后的鋰硅粉-鑭混合物進(jìn)行固液分離，收集固體粉末，并將所得固體粉末反復(fù)水洗至中性，然后干燥即可。
[0034]實(shí)施例3
[0035]將過(guò)250目篩分后工業(yè)鋰硅粉廢渣干燥備用；然后先將硫酸鑭用水配制成La3+離子濃度為0.04mol/L的溶液，再按重量/體積比1:20將干燥后的工業(yè)鋰硅粉廢渣加入配制的La3+離子溶液中，并用IM的NaOH的稀堿液調(diào)節(jié)混合液的pH至11，經(jīng)充分?jǐn)嚢韬笥诔仂o置浸漬反應(yīng)10小時(shí)；將浸