一種多孔除磷陶粒及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境保護處理技術領域，具體涉及一種多孔除磷陶粒及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，水體富營養(yǎng)化程度逐漸嚴重，使得水體喪失自凈和交換等功能，對飲用水安全和生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成嚴重威脅。而防治措施主要是控制水體中磷含量，進而達到控制水體富營養(yǎng)化的目的。
[0003]在控制水體中磷含量方面人們做了大量的研宄工作。如袁東海等(農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，2004，20 (4):1-5)利用幾種粘土礦物和粘土對溶液中磷進行吸附，發(fā)現(xiàn)凹凸棒土的磷飽和吸附量為2106mg/Kg，比高嶺土、蒙脫土、黃褐土等吸附效果好。張俊等(中國非金屬礦工業(yè)導刊，2010，6:41-43)利用改性凹凸棒土去除廢水中磷酸根，發(fā)現(xiàn)利用鹽、堿改性后其對磷的去除率明顯提高，而在500°C煅燒改性去除率能高達92.7%。以上研宄是利用粘土礦物的粉體處理含磷水體，因粉體存在不便運輸、回收再利用困難以及污泥產(chǎn)生量大等缺陷，使其不能廣泛應用于水處理工程領域。董慶潔等(硅酸鹽通報，2006，25 (2):19-22)以凹凸棒土和氯化鎂為原料，高溫煅燒得到粒狀的無機復合物，對水體中磷具有很好的吸附效果且材料方便回收，但原料中需加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PH，既不利于工業(yè)生產(chǎn)控制又容易導致二次污染，復合物中所含的氧化鎂易與酸發(fā)生反應，不適合處理pH值較寬范圍的含磷廢水，尤其是酸性含磷廢水。在專利文獻方面，公開號為CN 101264955A的專利公開一種膨潤土除磷凈水劑的制備方法，即將干燥粉碎過200目篩的鈣劑膨潤土或鈉基膨潤土投入到鑭鹽溶液，在室溫60°C水浴中2?12小時，洗滌，配制成5?10wt%的液漿；將無機高分子絮凝劑加到上述液漿中攪拌；過濾；將過濾餅70?90°C干燥粉碎至40?200目，即得到膨潤土除磷凈水劑。雖然實施例中去除率最高能達到98%，但制備過程復雜，所用的無機高分子絮凝劑為含鋁鐵類物質(zhì)對水體本身并不安全，且洗滌過程中可能會導致更大量的水污染。而公開號為CN 101698528 A的專利公開一種水體控磷技術及鎖磷劑，該發(fā)明鎖磷效果好且價格低廉，但所用材料會向水中緩慢釋放鋁離子，對水體中含鋁指標會產(chǎn)生重要影響(國家飲用水水質(zhì)標準鋁含量要低于0.2mg/L)，長期飲用含過量鋁的水易導致老年癡呆癥，并且鎖磷劑反應形成的磷酸鋁沉淀沉積在水底，對生態(tài)系統(tǒng)和人類安全存在潛在威脅。
[0004]而碳酸鑭在醫(yī)學上是治療高磷血癥的高效口服藥劑，臨床研宄表明碳酸鑭可與食物中的磷酸鹽結(jié)合形成不溶性的磷酸鑭復合物以抑制磷酸鹽的吸收，從而有效降低體內(nèi)血清磷酸鹽的水平，同時碳酸鑭在廣泛的PH范圍內(nèi)尤其是酸性條件下對磷酸根都有非常強的結(jié)合能力。Damment S J P 等(Nephrol Dial Transplant, 2003, 18(4):683)研宄發(fā)現(xiàn)，碳酸鑭在pH為3?5時磷結(jié)合能力最佳，能達到97%以上，但目前該物質(zhì)主要作為藥物用于疾病治療，而用于處理含磷廢水卻鮮有報道。
[0005]因此，針對現(xiàn)有材料除磷存在的問題，將耐強酸堿性的粘土礦物凹凸棒土作載體材料，添加具有高安全性能和高磷結(jié)合能力的碳酸鑭進一步增強凹凸棒土的磷吸附能力，同時在原料中添加固體廢棄物農(nóng)作物秸桿，通過低溫燒結(jié)凹凸棒土基復合材料形成多孔結(jié)構(gòu)，既利用了凹凸棒土煅燒后具有的高磷吸附活性又能有效增大復合材料的比表面積，從而有利于強化復合材料對磷的吸附能力和吸附速率，實現(xiàn)對凹凸棒土的綜合開發(fā)以及固體秸桿廢棄物的資源化利用，制備的陶粒可以有效的去除和回收水體中磷，從而達到以廢治廢、綠色節(jié)能的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明要提供一種能有效處理廣泛pH(l?12)范圍內(nèi)的含磷水體，通過堿洗脫實現(xiàn)循環(huán)再吸附磷以及有望廣泛應用于實際工程領域的多孔除磷陶粒的制備方法。
[0007]為實現(xiàn)上述技術問題，本發(fā)明提供一種多孔除磷陶粒的制備方法，包括下列步驟:
[0008](I)配料:按重量份分別稱量凹凸棒土 55?85份、農(nóng)作物稻桿10?30份、碳酸鑭10?20份，先將農(nóng)作物秸桿粉碎，再將原料混合；
[0009](2)制坯料:按水與上述混合料的質(zhì)量比1:0.3?0.6混合均勻制成陶粒坯料；
[0010](3)燒結(jié):將陶粒坯料干燥、燒結(jié)，先在100?200°C下干燥25?45min，然后升溫，在600?700°C下燒結(jié)30?60min，得到燒結(jié)產(chǎn)物；
[0011](4)冷卻:將上述燒結(jié)物冷卻即得產(chǎn)品。
[0012]優(yōu)選的，所述配料按以下重量份配比:凹凸棒土 80份，農(nóng)作物秸桿25份，碳酸鑭15份。
[0013]優(yōu)選的，所述農(nóng)作物秸桿為玉米、水稻或油菜秸桿中的任一種。
[0014]優(yōu)選的，步驟(2)中所述水與上述混合料的質(zhì)量比為1:0.45。
[0015]優(yōu)選的，步驟(3)中所述干燥溫度為120°C，干燥時間為30min。
[0016]優(yōu)選的，步驟(3)中所述燒結(jié)溫度為600°C，燒結(jié)時間為30min。
[0017]優(yōu)選的，步驟(3)中所述升溫速率為2?4°C /min。
[0018]優(yōu)選的，步驟(4)中所述冷卻為自然冷卻。
[0019]優(yōu)選的，所述多孔除磷陶粒用于處理含磷水體pH為I?12。
[0020]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所取得的有益效果為:(I)通過添加高安全性能和高磷結(jié)合能力的碳酸鑭對凹凸棒土進行改性，進一步增強材料的磷吸附能力。同時添加固體廢棄物農(nóng)作物秸桿改性，經(jīng)控制燒結(jié)最佳溫度和時間，低溫燒結(jié)凹凸棒土基復合材料形成多孔結(jié)構(gòu)，有效增大了復合材料的比表面積，進一步提高了傳質(zhì)速率，縮短了吸附時間，在
0.5?4小時內(nèi)能達到吸附平衡，有效提升了陶粒的除磷能力；(2)制備的多孔除磷陶粒適用于廣泛pH(l?12)范圍內(nèi)水體中磷的去除，磷吸附去除率可高達90%以上，可廣泛應用于實際工程領域；(3)制備的陶粒筒壓強度高，不易破碎，能夠穩(wěn)定存在于強酸堿環(huán)境中，吸附磷后經(jīng)過氫氧化鈉溶液洗脫不僅可以實現(xiàn)吸附磷的回收再利用，而且洗脫后的陶?？稍偕h(huán)，反復多次使用，除磷效率沒有發(fā)生顯著下降，從而達到節(jié)能降耗、節(jié)約資源的有益效果；(4) 一定程度上解決了農(nóng)作物秸桿廢棄物和凹凸棒土的合理開發(fā)等問題，實現(xiàn)了固體廢棄物資源化利用，也為防治水體富營養(yǎng)化提供了新的有效途徑。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實施例1得到的多孔除磷陶粒SEM照片。
[0022]圖2為本發(fā)明實施例2得到的多孔除磷陶粒SEM照片。
[0023]圖3為本發(fā)明實施例3得到的多孔除磷陶粒SEM照片。
[0024]圖4為本發(fā)明實施例1?3得到的多孔除磷陶粒的磷吸附效果圖。
[0025]圖5為本發(fā)明實施例1得到的多孔除磷陶粒處理pH = I?12水體的磷吸附效果圖。
[0026]圖6為本發(fā)明實施例2得到的多孔除磷陶粒的磷吸附循環(huán)效果圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步具體說明。
[0028]實施例1
[0029]多孔除磷陶粒的制備方法，具體包括下列步驟:⑴配料:按重量份分別稱量凹凸棒土 70份、玉米秸桿20份、碳酸鑭10份，先將玉米秸桿用粉碎機進行粉碎，再將原料進行混合，其中以凹凸棒土作為主體材料，其本身具有一定的吸附能力，能夠?qū)崿F(xiàn)對凹凸棒土的合理開發(fā)，造粒成球后燒結(jié)，吸附磷后便于回收；(2)制坯料:按水與上述混合料的質(zhì)量比1:0.45制成陶粒坯料；(3)燒結(jié):將陶粒坯料干燥、燒結(jié)，優(yōu)選在100°C下保溫25min，再升溫至700°C，升溫速率2?4°C /min為宜，在此溫度下燒結(jié)30min得到燒結(jié)物；(4)冷卻:將上述燒結(jié)物冷卻即得多孔除磷陶粒，其中冷卻為自然冷卻為佳。所制備的多孔除磷陶粒的SEM照片如圖1所示，陶粒內(nèi)部具有分布廣泛的疏松多孔結(jié)構(gòu)，這些凹凸不平的孔隙由于含有大量的吸磷活性官能團能有效強化材料對磷的吸附能力，同時測得多孔