專利名稱：活性炭纖維負載復(fù)合金屬的除磷吸附劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種除磷吸附劑及其制備方法，特別是一種活性炭纖維負載復(fù)合金屬的除磷吸附劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
封閉水體的富營養(yǎng)化已成為一個嚴重的環(huán)境問題，影響和制約著社會的協(xié)調(diào)發(fā)展。氮磷營養(yǎng)鹽是造成水體富營養(yǎng)化的主要化合物。據(jù)統(tǒng)計我國主要湖泊由于氮磷污染而導(dǎo)致富營養(yǎng)化的占統(tǒng)計湖泊的56%以上。有效地去除廢水中的磷，對減輕水污染，消除河流湖泊的富營養(yǎng)化具有重要意義。因此開發(fā)高效廉價除磷吸附劑和相關(guān)技術(shù)已經(jīng)成為環(huán)保領(lǐng)域迫切的任務(wù)之一。目前國內(nèi)外常用的廢水除磷方法主要包括化學法除磷、生物法除磷和吸附法除磷。化學除磷法雖然對磷的去除率很高，但運行成本高；殘留的金屬離子不但使得出水色度增加，并產(chǎn)生大量難于處理的污泥、容易造成二次污染，而且可能還會對生物產(chǎn)生慢性毒害作用；生物法除磷處理效果不易穩(wěn)定，處理過程受溫度、溶解氧、PH值等外界因素影響較大，出水總磷難以達標。相比而言，吸附法有工藝簡單、處理效果好、操作方便、且運行可靠等優(yōu)點，從一定程度上彌補了其他方法的不足，具有除磷經(jīng)濟高效、可回收、無二次污染、除磷性能穩(wěn)定、操作方便等特點。吸附法除磷的關(guān)鍵在于尋找一種恰當適用的吸附劑，要求吸附劑的吸附性能優(yōu)秀、可以再生、性能穩(wěn)定，機械強度高，材料易得價格低廉。鐵鹽材料易得，價格便宜，早前的主要應(yīng)用一般集中在化學除磷上，消耗量大，而且造成二次污染。鐵吸附劑具有較好的吸附除磷效果，但與優(yōu)秀的吸附劑性能還有一定差距；活性稀土鑭吸附劑在以往的文獻中已被證明具有優(yōu)秀的吸附除磷效果，吸附容量較同類吸附劑更高，然而，稀土材料不易大量獲得，價格較貴，難以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用；活性炭纖維是一種新型吸附功能材料，具有獨特的細孔結(jié)構(gòu)、微孔發(fā)達、來源廣泛、價格低廉、比表面積大、再生容易等吸附特性。但活性炭纖維對環(huán)境廢水中磷的親和作用力低、吸附位點少、去除率不高，僅使用活性炭纖維來處理廢水很難達到標。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種活性炭纖維負載復(fù)合金屬的除磷吸附劑。本發(fā)明的目的之二在于提供該吸附劑的制備方法。為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種活性炭纖維負載復(fù)合金屬氧化物的除磷吸附劑，其特征在于該吸附劑以活性炭纖維為基體，負載有氧化鑭和氧化鐵，其中氧化鑭和氧化鐵的總質(zhì)量為活性炭纖維質(zhì)量的27.6% 28.4%。上所述的氧化鑭和氧化鐵中鐵離子與鑭離子的摩爾比為:1:9 9:1。
一種制備上述的活性炭纖維負載復(fù)合金屬氧化物的除磷吸附劑的方法，其特征在于該方法的具體步驟為:
a.將可溶性鐵鹽和可溶性鑭鹽配制成總摩爾濃度為0.02 0.2mol/L的混合溶液；
b.將處理過的活性炭纖維剪碎浸沒在所述步驟a所得到的鐵鑭復(fù)合金屬離子混合液中10分鐘；
c.將步驟b所得的活性炭纖維干燥完全后，在400°(:飛50° C溫度下活化3(Tl50min，待冷卻至室溫后，即制備得到復(fù)合除磷吸附劑材料，將其密封保存。上述的可溶性鐵鹽可以為:硝酸鐵、氯化鐵或硫酸鐵；所述的可溶性鑭鹽可以為:硝酸鑭或氯化鑭。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點:本發(fā)明在在鐵鹽里摻雜一定的鑭離子，兩種金屬復(fù)合可以顯著降低材料的制備成本，而且能保持較高的吸附性能。同時由于活性稀土鑭和氧化鐵一般是粉末狀的，難于直接應(yīng)用于水處理過程，只有把它負載到機械強度較高、易成形的載體上才能實現(xiàn)操作。以活性炭纖維作為基材通過合適的制備手段將氧化鐵、氧化鑭負載到活性炭纖維基體上來制備新型吸附除磷劑更為合理，易于實現(xiàn)。本實施例可制備既經(jīng)濟、又有優(yōu)良吸附性能的新型吸附除磷劑，制備方法新穎簡單。整個制備過程時間短，能耗低。
具體實施例方式對本發(fā)明的優(yōu)選實施例詳述如下:
實施例一:本實施例的具體步驟為:
a.以鐵鑭離子摩爾比為1:9配置總摩爾濃度為0.lmol/L的硝酸鐵與硝酸鑭混合溶液IOmL0b.將活性炭纖維剪成0.4 0.6cm正方體塊，用水洗滌數(shù)次后，在去離子水中浸潰、過濾、干燥；
c.將步驟b所得的活性炭纖維稱取0.2g，加入步驟a所得到的懸浮液中，浸潰lOmin，過濾；
d.將步驟c所得的固體105°C干燥完全后，用馬弗爐650°C活化120min;待冷卻達到室溫，即得吸附劑，密封保存。本實施例復(fù)合除磷吸附劑的吸附容量數(shù)據(jù)見表I。實施例二:本實施例與實施例一的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于:
在步驟a中，以鐵鑭離子摩爾比為3:7配置總摩爾濃度為0.lmol/L的硝酸鐵與硝酸鑭混合溶液10mL。本實施例復(fù)合除磷吸附劑的吸附容量數(shù)據(jù)見表I。實施例三:本實施例與實施例一的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于:
在步驟a中，以鐵鑭離子摩爾比為1:1配置總摩爾濃度為0.lmol/L的硝酸鐵與硝酸
鑭混合溶液10mL。本實施例復(fù)合除磷吸附劑的吸附容量數(shù)據(jù)見表I。實施例四:本實施例與實施例一的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于:
在步驟a中，以鐵鑭離子摩爾比為7:3配置總摩爾濃度為0.lmol/L的硝酸鐵與硝酸鑭
混合溶液10mL。本實施例復(fù)合除磷吸附劑的吸附容量數(shù)據(jù)見表I。實施例五:本實施例與實施例一的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于:在步驟a中，以鐵鑭離子摩爾比為9:1配置總摩爾濃度為0.lmol/L的硝酸鐵與硝酸鑭
混合溶液10mL。本實施例復(fù)合除磷吸附劑的吸附容量數(shù)據(jù)見表I。實施例六:本實施例與前述實施例的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于: 在步驟a中，以鐵鑭離子摩爾比為3:7配置總摩爾濃度為0.02mol/L的硝酸鐵與硝酸
鑭混合溶液10mL。本實施例復(fù)合除磷吸附劑的吸附容量數(shù)據(jù)見表I。實施例七:本實施例與前述實施例的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于: 在步驟a中，以鐵鑭離子摩爾比為3:7配置總摩爾濃度為0.05mol/L的硝酸鐵與硝酸
鑭混合溶液10mL。本實施例復(fù)合除磷吸附劑的吸附容量數(shù)據(jù)見表I。實施例八:本實施例與前述實施例的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于: 在步驟a中，以鐵鑭離子摩爾比為3:7配置總摩爾濃度為0.lmol/L的硝酸鐵與硝酸鑭
混合溶液10mL。本實施例復(fù)合 除磷吸附劑的吸附容量數(shù)據(jù)見表I。實施例九:本實施例與前述實施例的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于: 在步驟a中，以鐵鑭離子摩爾比為3:7配置總摩爾濃度為0.15mol/L的硝酸鐵與硝酸
鑭混合溶液10mL。本實施例復(fù)合除磷吸附劑的吸附容量數(shù)據(jù)見表I。實施例十:本實施例與前述實施例的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于:
在步驟a中，以鐵鑭離子摩爾比為3:7配置總摩爾濃度為0.2mol/L的硝酸鐵與硝酸鑭
混合溶液10mL。本實施例復(fù)合除磷吸附劑的吸附容量數(shù)據(jù)見表I。實施例^:本實施例與前述實施例的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于:
在步驟a中，以鐵鑭離子摩爾比為3:7配置總摩爾濃度為0.15mol/L的硝酸鐵與硝酸
鑭混合溶液10mL。在步驟d中，用馬弗爐650°C活化30min。本實施例復(fù)合除磷吸附劑的吸附容量數(shù)據(jù)見表I。實施例十二:本實施例與前述實施例的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于:
在步驟a中，以鐵鑭離子摩爾比為3:7時配置總摩爾濃度為0.15mol/L的硝酸鐵與硝
酸鑭混合溶液10mL。在步驟d中，用馬弗爐650°C活化60min。本實施例復(fù)合除磷吸附劑的吸附容量數(shù)據(jù)見表I。實施例十三:本實施例與前述實施例的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于:
在步驟a中，以鐵鑭離子摩爾比為3:7配置總摩爾濃度為0.15mol/L的硝酸鐵與硝酸
鑭混合溶液10mL。在步驟d中，用馬弗爐650°C活化90min。本實施例復(fù)合除磷吸附劑的吸附容量數(shù)據(jù)見表I。實施例十四:本實施例與前述實施例的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于:
在步驟a中，以鐵鑭離子摩爾比為3:7配置總摩爾濃度為0.15mol/L的硝酸鐵與硝酸
鑭混合溶液10mL。在步驟d中，用馬弗爐650°C活化120min。本實施例復(fù)合除磷吸附劑的吸附容量數(shù)據(jù)見表I。實施例十五:本實施例與前述實施例的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于:
在步驟a中，以鐵鑭離子摩爾比為3:7配置總摩爾濃度為0.15mol/L的硝酸鐵與硝酸
鑭混合溶液10mL。在步驟d中，用馬弗爐650°C活化150min。本實施例復(fù)合除磷吸附劑的吸附容量數(shù)據(jù)見表I。實施例十六:本實施例與前述實施例的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于:
在步驟a中，以鐵鑭離子摩爾比為3:7配置總摩爾濃度為0.15mol/L的硝酸鐵與硝酸鑭混合溶液10mL。在步驟d中，用馬弗爐活化400°C活化60min。本實施例復(fù)合除磷吸附劑的吸附容量數(shù)據(jù)見表I。實施例十七:本實施例與前述實施例的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于:
在步驟a中，以鐵鑭離子摩爾比為3:7配置總摩爾濃度為0.15mol/L的硝酸鐵與硝酸
鑭混合溶液10mL。在步驟d中，用馬弗爐450°C活化60min。本實施例復(fù)合除磷吸附劑的吸附容量數(shù)據(jù)見表I。實施例十八:本實施例與前述實施例的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于:
在步驟a中，以鐵鑭離子摩爾比為3:7配置總摩爾濃度為0.15mol/L的硝酸鐵與硝酸
鑭混合溶液10mL。在步驟d中，用馬弗爐500°C活化60min。本實施例復(fù)合除磷吸附劑的吸附容量數(shù)據(jù)見表I。實施例十九:本實施例與前述實施例的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于:
在步驟a中，以鐵鑭離子摩爾比為3:7配置總摩爾濃度為0.15mol/L的硝酸鐵與硝酸
鑭混合溶液10mL。在步驟d中，用馬弗爐550°C活化60min。本實施例復(fù)合除磷吸附劑的吸附容量數(shù)據(jù)見表I。實施例二十:本實 施例與前述實施例的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于:
在步驟a中，以鐵鑭離子摩爾比為3:7配置總摩爾濃度為0.15mol/L的硝酸鐵與硝酸
鑭混合溶液10mL。在步驟d中，用馬弗爐600°C活化60min。本實施例復(fù)合除磷吸附劑的吸附容量數(shù)據(jù)見表I。實施例二i^一:本實施例與前述實施例的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于: 在步驟a中，以鐵鑭離子摩爾比為3:7配置總摩爾濃度為0.15mol/L的硝酸鐵與硝酸
鑭混合溶液10mL。在步驟d中，用馬弗爐650°C活化60min。本實施例復(fù)合除磷吸附劑的吸附容量數(shù)據(jù)見表I。實施例二十二:本實施例與前述實施例的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于: 在步驟a中，以鐵鑭離子摩爾比為1:39.98配置總摩爾濃度為0.15mol/L的硝酸鐵與
硝酸鑭混合溶液10mL。在步驟d中，用馬弗爐600°C活化70min。本實施例復(fù)合除磷吸附劑的吸附容量數(shù)據(jù)見表I。
性能測試方法:
取質(zhì)量M的吸附劑放入錐形瓶中，然后向該錐形瓶中添加濃度Ctl為20 mg /L磷溶液，按吸附劑投加量1.0g/L量取體積V的KH2PO4溶液，在恒溫振蕩器中進行吸附，吸附時間為24h，吸附溫度為25° C，吸附結(jié)束后，測量吸附后溶液濃度Ce。測量方法GBT11893-1989，吸附劑吸附容量q (mg/g) =V* (C0-Ce) /M,結(jié)果見表I。表1.實施例實驗數(shù)據(jù)表
權(quán)利要求
1.一種活性炭纖維負載復(fù)合金屬氧化物的除磷吸附劑，其特征在于該吸附劑以活性炭纖維為基體，負載有氧化鑭和氧化鐵，其中氧化鑭和氧化鐵的總質(zhì)量為活性炭纖維質(zhì)量的27.6% 28.4%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性炭纖維負載復(fù)合金屬氧化物的除磷吸附劑，其特征在于所述的氧化鑭和氧化鐵中鐵離子與鑭離子的摩爾比為:1:9 9:1。
3.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的活性炭纖維負載復(fù)合金屬氧化物的除磷吸附劑的方法，其特征在于該方法的具體步驟為: a.將可溶性鐵鹽和可溶性鑭鹽配制成總摩爾濃度為0.02 0.2mol/L的混合溶液； b.將處理過的活性炭纖維剪碎浸沒在所述步驟a所得到的鐵鑭復(fù)合金屬離子混合液中10分鐘； c.將步驟b所得的活性炭纖維干燥完全后，在400° (T650 ° C溫度下活化3(Tl50min，待冷卻至室溫后，即制備得到復(fù)合除磷吸附劑材料，將其密封保存。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于可溶性鐵鹽為:硝酸鐵、氯化鐵或硫酸鐵；所述的可溶性鑭鹽為:硝酸鑭或氯化鑭。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種活性炭纖維負載復(fù)合金屬的除磷吸附劑及其制備方法，該吸附劑以活性炭纖維為基體，負載有氧化鑭和氧化鐵，其中氧化鑭和氧化鐵的總質(zhì)量為活性炭纖維質(zhì)量的27.6%～28.4%。以活性炭纖維作為基材通過合適的制備手段將氧化鐵、氧化鑭負載到活性炭纖維基體上來制備新型吸附除磷劑更為合理，易于實現(xiàn)。本實施例可制備既經(jīng)濟、又有優(yōu)良吸附性能的新型吸附除磷劑，制備方法新穎簡單。整個制備過程時間短，能耗低。
文檔編號B01J20/28GK103203219SQ20131013164
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月16日
發(fā)明者張玲, 李夢雪, 高燕, 周奇, 趙錳 申請人:上海大學