本發(fā)明涉及一種吸附材料的制備方法及其應(yīng)用，具體地說是一種多孔生物載體吸附材料的制備方法及其應(yīng)用，屬于環(huán)境材料及污水深度處理領(lǐng)域，涉及農(nóng)副產(chǎn)品廢棄物的回收再利用。

二、

背景技術(shù)：

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，麥秸稈是我國特別是北方地區(qū)主要的農(nóng)業(yè)廢棄物，長期以來被當(dāng)作廢棄物，隨意處置或大面積焚燒，這種處置方法不僅會占用大量耕地，而且焚燒會造成嚴(yán)重的大氣污染，土壤板結(jié)及土壤肥力下降等一系列問題。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，傳統(tǒng)農(nóng)作方式逐漸被淘汰，致使農(nóng)作物廢棄物制禽畜飼料、制沼氣、堆肥等處理方式也隨之逐漸消失，并且這種對農(nóng)作物秸稈的處理方式大部分都屬于小規(guī)模小作坊甚至獨家獨戶操作，不能從根本上解決農(nóng)作物秸稈問題。資源學(xué)認(rèn)為，沒有絕對的廢棄物，只有放錯地方的資源。而基于褐鐵礦的Fe/C多孔生物載體材料正是基于發(fā)展新型環(huán)境材料、開發(fā)利用可再生資源而開發(fā)出的一種新材料。褐鐵礦Fe/C多孔生物載體材料的原材料可以為廢棄木料、農(nóng)作物秸稈、甘蔗渣、果渣、竹子、稻殼、廢紙等，所用原料都是木材或植物纖維材料以及廢棄物等，都是可再生資源和可回收利用資源。

另外，我國正面對日益加劇的水資源短缺以及水環(huán)境污染等問題，目前，我國的城市污水處理主導(dǎo)目標(biāo)已經(jīng)開始由傳統(tǒng)的“污水處理、達標(biāo)排放”轉(zhuǎn)變?yōu)橐运|(zhì)再生處理為核心的“水的循環(huán)再用”，由單純的“污染控制”上升為“水生態(tài)的修復(fù)和恢復(fù)”。城市污水深度處理將是我國水環(huán)境事業(yè)發(fā)展的必然趨勢。而目前在污水處理技術(shù)中，選用什么樣的處理材料是最需要解決的問題。多孔生物載體材料的開發(fā)也由此而來。由于多孔生物載體材料擁有高孔隙率、大比表面積等特性，決定了其擁有良好的吸附性能，可以用來處理污水中氮、磷、有機物等污染物。研制多孔生物載體材料不僅可以減輕環(huán)境負擔(dān)，而且可以合理回收利用廢棄物，對資源循環(huán)利用以及環(huán)境保護具有重要意義。

三、

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種多孔生物載體吸附材料的制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明多孔生物載體吸附材料對二級出水中氮磷及有機物有高的吸附去除效果，同時由于該材料多孔性為微生物提供附著載體，使材料在吸附氮磷及有機物而被微生物降解后能夠重新生成表面，延長材料的使用壽命。

本發(fā)明多孔生物載體吸附材料的制備方法，包括如下步驟：

1、將麥秸稈用微型植物粉碎機破碎，過40目篩，得粉料a；

2、將凹凸棒石和褐鐵礦粉末分別過70目篩，得到凹凸棒石粉料b和褐鐵礦粉料c；

3、將粉料a、凹凸棒石粉料b和褐鐵礦粉料c混合均勻后加水造粒，粒徑控制在6～10mm，隨后于105℃下干燥得粒料；

4、將所得粒料置于高溫管式爐中，氮氣保護下高溫?zé)Y(jié)，冷卻后得到基于褐鐵礦的Fe/C多孔生物載體吸附材料。

步驟4中所述高溫?zé)Y(jié)是于800-1000℃下保溫4小時，優(yōu)選為900℃下保溫4小時。

高溫?zé)Y(jié)的升溫過程控制如下：首先以2.5℃/min的升溫速率從室溫升至300℃，然后以3℃/min的升溫速率從300℃升溫至600℃，最后以4℃/min的升溫速率從600℃升溫至800-1000℃，達到所需溫度點后保溫4小時，隨爐自然冷卻。

麥秸稈、凹凸棒石和褐鐵礦的質(zhì)量比為1:1-2:1。

本發(fā)明多孔生物載體吸附材料在污水深度處理方面的應(yīng)用過程如下：

將所得多孔生物載體吸附材料磨碎過200目篩，對城市二級出水進行吸附試驗，通過比較對COD、NH₃-N和總P的吸附去除率來確定最佳配比和燒結(jié)溫度。取50mL城市二級出水水樣于錐形瓶中，加0.5g多孔生物載體吸附材料，保持25±1℃水浴震蕩箱160r/min，吸附24h后離心分離，取上層清液用0145μm濾膜抽濾，分別用重鉻酸鉀分光光度法、鈉氏分光光度法、鉬銻抗分光光度法測吸光度，計算吸附去除率。確定最佳配比及燒結(jié)溫度下的材料。再通過控制變量法，逐個控制投加量、pH、溶液溫度、震蕩速率，以確定最佳吸附條件。最佳吸附條件如下：

取50mL城市二級出水水樣于錐形瓶中，加0.4-0.5g多孔生物載體吸附材料，保持25±1℃水浴震蕩箱140-160r/min，COD和NH₃-N均可在4h內(nèi)達到吸附平衡，對P進行吸附時15min即可達到吸附平衡。

本發(fā)明目的在于提供一種用于污水深度處理的一種材料，為城市污水深度處理增添一種選擇。

本發(fā)明多孔生物載體吸附材料以麥秸稈、凹凸棒石和褐鐵礦為原材料，在高溫煅燒時，生物質(zhì)(麥秸稈)高溫條件下熱解產(chǎn)生CO、H₂O、CO₂等揮發(fā)性物質(zhì)溢出，從而使多孔生物載體吸附材料表面產(chǎn)生大量氣孔，比單純的燒結(jié)上述三種原料能產(chǎn)生更大的比表面積，更有利于吸附。另外以水和凹凸棒石代替粘結(jié)劑進行造粒，在燒結(jié)過程中不產(chǎn)生對環(huán)境有害的物質(zhì)，減輕對環(huán)境的負擔(dān)。

本發(fā)明多孔生物載體吸附材料在污水深度處理，去除二級出水中有機物及氮、磷，污水回用等方面有著良好的前景。由于多孔生物載體吸附材料的高比表面積，不僅有著較大的吸附容量和過濾作用，并且能為微生物的生存提供載體，從而降解材料所吸附和過濾的有機物和氮磷，使材料重新生成表面，過濾-吸附-降解三位一體，延長了材料的使用壽命。

四、附圖說明

圖1是麥秸、凹凸棒石和褐鐵礦按質(zhì)量比1:1:1的比例配料并于600℃下燒結(jié)所得樣品的SEM照片。

圖2是麥秸、凹凸棒石和褐鐵礦按質(zhì)量比1:1:1的比例配料并于700℃下燒結(jié)所得樣品的SEM照片。

圖3、是麥秸、凹凸棒石和褐鐵礦按質(zhì)量比1:1:1的比例配料并于800℃下燒結(jié)所得樣品的SEM照片。

圖4、是麥秸、凹凸棒石和褐鐵礦按質(zhì)量比1:1:1的比例配料并于900℃下燒結(jié)所得樣品的SEM照片。

圖5、是麥秸、凹凸棒石和褐鐵礦按質(zhì)量比1:1:1的比例配料并于1000℃下燒結(jié)所得樣品的SEM照片。

圖6是不同多孔生物載體吸附材料投加量對吸附效果的影響曲線。

圖7是不同振蕩速度對吸附效果的影響曲線。

圖8是不同吸附時間對吸附效果的影響曲線。

圖9是不同pH值對吸附效果的影響曲線。

五、具體實施方式

實施例1：

本實施例中多孔生物載體吸附材料的制備方法如下：

1、將麥秸用微型植物粉碎機破碎，過40目篩，得粉料a；

2、將凹凸棒石和褐鐵礦粉末分別過70目篩，得到凹凸棒石粉料b和褐鐵礦粉料c；

3、將粉料a、凹凸棒石粉料b和褐鐵礦粉料c按一定質(zhì)量比例混合均勻后加水造粒，粒徑控制在6～10mm，隨后于105℃下干燥得粒料；麥秸稈、凹凸棒石和褐鐵礦的質(zhì)量比為1:1:1。

4、將所得粒料置于高溫管式爐中，氮氣保護下分別于600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃高溫?zé)Y(jié)，冷卻后得到基于褐鐵礦的Fe/C多孔生物載體吸附材料。

高溫?zé)Y(jié)的升溫過程控制如下：首先以2.5℃/min的升溫速率從室溫升至300℃，然后以3℃/min的升溫速率從300℃升溫至600℃，最后以4℃/min的升溫速率從600℃升溫至800-1000℃，達到所需溫度點后保溫4小時，隨爐自然冷卻。

5、取50mL城市二級出水水樣于錐形瓶中，加0.5g多孔生物載體吸附材料，保持25±1℃水浴震蕩箱160r/min，吸附24h后離心分離，取上層清液用0145μm濾膜抽濾，分別用重鉻酸鉀分光光度法、鈉氏分光光度法、鉬銻抗分光光度法測吸光度，分別計算COD、NH₃-N和總P的吸附去除率。結(jié)果見表1-3。

表1不同配比和燒結(jié)溫度對COD的吸附去除率％

表2不同配比和燒結(jié)溫度對NH₃-N的吸附去除率％

表3不同配比和燒結(jié)溫度對P的吸附去除率％

由表1可知，900℃下質(zhì)量配比為(麥：石：針＝1:1:1)的多孔材料對污水二級出水中COD的去除率最高，為63.28％。由表2可知，900℃下質(zhì)量配比為(麥：石：針＝1:1:1)的多孔材料對污水二級出水中NH₃-N吸附去除率最大，為75.57％。由表3可知，900℃下質(zhì)量配比為為(麥：石：針＝1:2:1)的多孔材料對水二級出水中總P吸附去除率最大，為99.57％。故確定最佳吸附條件時，選用多孔材料(麥：石：針＝1:1:1)對COD及NH₃-N進行吸附研究；選用多孔材料(麥：石：針＝1:2:1)對總P進行吸附研究。

實施例2：

本實施例中多孔生物載體吸附材料的制備方法如下：

1、將麥秸用微型植物粉碎機破碎，過40目篩，得粉料a；

2、將凹凸棒石和褐鐵礦粉末分別過70目篩，得到凹凸棒石粉料b和褐鐵礦粉料c；

3、將100g粉料a、100g凹凸棒石粉料b和100g褐鐵礦粉料c混合均勻后加水造粒，粒徑控制在6～10mm，隨后于105℃下干燥得粒料；

4、將所得粒料置于高溫管式爐中，氮氣保護下于900℃高溫?zé)Y(jié)，冷卻后得到基于褐鐵礦的Fe/C多孔生物載體吸附材料。

高溫?zé)Y(jié)的升溫過程控制如下：首先以2.5℃/min的升溫速率從室溫升至300℃，然后以3℃/min的升溫速率從300℃升溫至600℃，最后以4℃/min的升溫速率從600℃升溫至900℃，達到所需溫度點后保溫4小時，隨爐自然冷卻。

將50～500mg本實施例制備得到的多孔生物載體吸附材料投入50mL二級出水中，溫度控制在20～50℃，震蕩速度控制在80～160r/min。用重鉻酸鉀分光光度法、鈉氏分光光度法測量吸光度，計算COD和NH₃-N的去除率。

實施例3：

本實施例的制備方法同實施例1，但所取粉料分別為100g粉料a，200g凹凸棒石粉料b和100g褐鐵礦粉料c

將50～500mg本實施例制備得到的多孔生物載體吸附材料投入50mL二級出水中，溫度控制在20～50℃，震蕩速度控制在80～160r/min。用鉬銻抗分光光度法測量吸光度，計算總P的去除率。

由實施例2、3表明，COD和NH₃-N均可在4h內(nèi)達到吸附平衡，酸性條件不利于COD的吸附，NH₃-N的最佳吸附pH為中性，COD去除率最大達71.23％，NH₃-N去除率為76.56％。

由實施例2、3表明，對P進行吸附時，15min即可達到吸附平衡，震蕩速度、溫度、pH對吸附去除率影響不大，P的吸附去除率最大可達99.69％。