治理水體富營養化稀土複合材料的製備方法
2023-09-17 15:36:00
治理水體富營養化稀土複合材料的製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種治理水體富營養化稀土複合材料的製備方法；包括以下步驟：金屬鹼溶液與粉煤灰按比例混合，在密閉或開放系統中反應；反應結束後冷卻到室溫，得到沸石和廢鹼液的混合物；在攪拌條件下連續滴加可溶性稀土鹽溶液，至pH為7.5以下；固液分離，固體經熱處理即得到所述粉煤灰基沸石/稀土複合材料。本發明方法中和了粉煤灰合成沸石時產生的廢鹼液，為廢鹼液循環利用提供了可能，並得到對陰離子汙染物具有強親和力的稀土成分，能夠有效地解決富營養水體中營養鹽濃度過高的問題，並且可以達到長期控制水體。本發明方法具有以廢治廢，合成工藝過程簡單，成本低廉等特點，同時該複合材料具有極強的營養鹽去除作用，能降低富營養化程度。
【專利說明】治理水體富營養化稀土複合材料的製備方法【技術領域】
[0001]本發明屬於環境【技術領域】，涉及吸附材料的製備方法，具體涉及一種治理水體富營養化稀土複合材料的製備方法。
【背景技術】
[0002]水體富營養化又稱作水華，是指湖泊、河流、水庫等水體中氮磷等植物營養物質含量過多所引起的水質汙染現象，通常認為磷是引起該環境問題的關鍵因素。水體中磷的來源來自內源性磷和外源性磷。外源性磷主要來自進入水體的汙水，通過汙染控制措施可得到有效的控制；內源性磷則是來自水體內部的磷，是汙水排入、地表徑流匯集以及水生生物殘骸在水體中沉積而造成的。內源性磷的不斷累積和釋放對於水體富營養化的治理造成了極大的困難。正因為如此，世界各國對於水體內源性磷的控制都極其重視。鐵、鋁藥劑由於具有對磷較好的親和能力，且操作簡便，因此成為目前最普遍的用於水體除磷的材料。由於內源性磷的濃度相比工業廢水要低很多，且富營養化水體多呈鹼性，而鐵、鋁材料對磷的去除往往容易受到水環境條件，如磷濃度、PH值、氧化還原電位等因素的影響，甚至於失去除磷能力。要想治理富營養化問題，就迫切需要找到一種對低濃度磷具有強力去除效果，並且能適用於較複雜水體環境的材料。
[0003]中國專利(專利號:CN101134615B)提出使用酸改性粉煤灰用於絮凝去除水體中藻類以及營養鹽，並且通過添加磁性材料達到除藻的目的。雖然該方法提出了一種有效利用固體廢棄物的途徑，但該方法的除磷機理仍然是利用粉煤灰中氧化鐵、氧化鋁及氧化鈣等除磷成分，因此同樣存在上述除磷材料固有的問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於針對上述現有除磷藥劑與材料的不足，提供一種治理水體富營養化稀土複合材料的製備方法。利用稀土對磷的強親和性能，並將其固定在粉煤灰基合成沸石表面，從而得到一種多功能複合型除磷材料，用於削減湖庫內源磷負荷，控制湖庫富營養化問題。具體而言，就是以粉煤灰為原料通過鹼性條件下的水熱反應製備沸石，並在製備工藝中引入可溶性稀土鹽以中和廢鹼液，從而製得稀土複合吸附劑。稀土氧化物對於除磷具有親和力高，除磷速度快，除磷能力強等優點，且對於水體中較低濃度磷也具有很好的控制效果。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:
[0006]本發明涉及一種治理水體富營養化稀土複合材料的製備方法，所述方法包括以下步驟: [0007]步驟一，金屬鹼溶液與粉煤灰按比例混合，在密閉或開放系統中反應；反應結束後冷卻到室溫，得到沸石和廢鹼液的混合物；
[0008]步驟二，採用連續滴加的方式，在攪拌條件下向步驟一得到的沸石和廢鹼液的混合物中加入可溶性稀土鹽溶液，至PH為7.5以下；通過固液分離，固體經熱處理即得到粉煤灰基沸石/稀土複合吸附材料。
[0009]步驟一中,所述金屬鹼溶液為氫氧化鉀或氫氧化鈉,摩爾濃度為I?5M。
[0010]步驟一中，所述金屬鹼溶液與粉煤灰的液固比1.5?20(L/kg)。
[0011]步驟一中，所述反應的溫度為80?200°C，時間為3?24小時。
[0012]步驟二中，所述連續滴加的速度為10?100ml/min。滴加至pH為5.5?7.5時，進入固液分離工序。
[0013]步驟二中，所述可溶性稀土鹽為氯化鑭或氯化鈰等易溶於水的稀土鹽，摩爾濃度為0.5?5M。
[0014]步驟二中，所述固液分離為過濾或離心。
[0015]步驟二中，所述熱處理的氛圍為空氣，溫度為65?500°C。
[0016]步驟二中，所述固液分離所得的液體繼續用於配製所述金屬鹼溶液。配置而得的金屬鹼溶液用作後續的沸石/稀土複合材料的製備。
[0017]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
[0018]I)綜合利用固體廢棄物製備新型環保材料完全符合國家鼓勵政策。
[0019]2)生產工藝簡單易實施，符合清潔生產要求，基本不產生環境有害廢棄物。
[0020]3)由粉煤灰製備得到的沸石/稀土材料具有很強的磷固定能力，可以有效地降低水體中磷濃度。克服了鐵、鋁除磷材料的缺點，具有更廣泛的應用前景。
[0021]4)由粉煤灰水熱合成得到的沸石成分具有高陽離子交換能力因此除磷外還可以有效地固定住水體中的氨氮。
[0022]5)本專利採用的稀土為鑭或鈰，它們是17種稀土元素中儲量最豐富和價格最便宜的。
[0023]6)沸石/稀土材料呈細小顆粒，噴灑至水體中後，可以在短時間內自然沉降到底泥層，可以控制底泥中營養鹽的釋放，且不會對水體生物的生存環境造成影響。
[0024]7)沸石/稀土材料具有很好的穩定性，在水體中長期放置也不會釋放出有毒物質。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯:
[0026]圖1為本發明工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助於本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬於本發明的保護範圍。
[0028]實施例中水體為上海閔行的一個實驗用池塘水體，池塘水源自河水，磷濃度為1500ug/L,池塘面積15m2,平均水深約1.5m。
[0029]實施例中採用的粉煤灰的主要理化性質如下表I。按圖示I所示工藝流程進行各實施例。
[0030]表1粉煤灰主要組成
【權利要求】
1.一種治理水體富營養化稀土複合材料的製備方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟: 步驟一，金屬鹼溶液與粉煤灰按比例混合，在密閉或開放系統中反應；反應結束後冷卻到室溫，得到沸石和廢鹼液的混合物； 步驟二，在攪拌條件下向所述沸石和廢鹼液的混合物中連續滴加可溶性稀土鹽溶液，至pH為7.5以下；固液分離，固體經熱處理即得到所述治理水體富營養化稀土複合材料。
2.根據權利要求1所述的治理水體富營養化稀土複合材料的製備方法，其特徵在於，步驟一中，所述金屬鹼溶液為摩爾濃度為I?5M的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。
3.根據權利要求1所述的治理水體富營養化稀土複合材料的製備方法，其特徵在於，步驟一中，所述金屬鹼溶液與粉煤灰的液固比1.5?20L/kg。
4.根據權利要求1所述的治理水體富營養化稀土複合材料的製備方法，其特徵在於，步驟一中，所述反應的溫度為80?200°C，時間為3?24小時。
5.根據權利要求1所述的治理水體富營養化稀土複合材料的製備方法，其特徵為，步驟二中，所述可溶性稀土鹽為摩爾濃度為0.5?5M的氯化鑭或氯化鈰。
6.根據權利要求1所述的治理水體富營養化稀土複合材料的製備方法，其特徵在於，步驟二中，所述連續滴加的速度為10?100ml/min。
7.根據權利要求1所述的治理水體富營養化稀土複合材料的製備方法，其特徵在於，步驟二中，所述固液分離為過濾或離心。
8.根據權利要求1所述的治理水體富營養化稀土複合材料的製備方法，其特徵在於，步驟二中，所述熱處理的氛圍為空氣，溫度為65?500°C。
9.根據權利要求1所述的治理水體富營養化稀土複合材料的製備方法，其特徵在於，步驟二中，所述固液分離所得的液體繼續用於配製所述金屬鹼溶液。
【文檔編號】B01J20/30GK103920458SQ201410100835
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月18日 優先權日:2014年3月18日
【發明者】吳德意, 謝杰, 賴立, 孔海南 申請人:上海交通大學