担载型层状羟基氧化镁复合材料的制备方法技术

一种担载型层状羟基氧化镁复合材料的制备方法，其向硝酸镁或氯化镁中加入强碱性阴离子交换树脂，充分搅拌反应，过滤并将树脂置于氢氧化钠溶液中常温下反应而后过滤，将树脂洗至中性，经热处理后获担载型层状羟基氧化镁复合材料，其担载量为5.9%-23.6%。将受磷酸盐污染的生化尾水顺流通过装填有吸附材料的固定床柱吸附装置，可将受磷酸盐污染水高效净化。当出水中磷酸盐浓度超过规定值时，用NaOH与NaCl的混合液脱附，脱附后的纳米复合吸附材料采用清水冲洗至中性即可循环使用。当受磷酸盐污染的生化尾水中含有大量的常规阴离子竞争时，经本发明专利技术吸附材料处理后，出水中磷酸盐浓度仍能够低于0.5mg/L以下，且吸附效率高。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种，其向硝酸镁或氯化镁中加入强碱性阴离子交换树脂，充分搅拌反应，过滤并将树脂置于氢氧化钠溶液中常温下反应而后过滤，将树脂洗至中性，经热处理后获担载型层状羟基氧化镁复合材料，其担载量为5.9%-23.6%。将受磷酸盐污染的生化尾水顺流通过装填有吸附材料的固定床柱吸附装置，可将受磷酸盐污染水高效净化。当出水中磷酸盐浓度超过规定值时，用NaOH与NaCl的混合液脱附，脱附后的纳米复合吸附材料采用清水冲洗至中性即可循环使用。当受磷酸盐污染的生化尾水中含有大量的常规阴离子竞争时，经本专利技术吸附材料处理后，出水中磷酸盐浓度仍能够低于0.5mg/L以下，且吸附效率高。【专利说明】
本专利技术涉及一种净化磷酸盐材料的制备方法，特别是净化生化尾水中磷酸盐材料的制备方法。
技术介绍
磷是人体的必需营养素，但若水中磷的浓度过高则会引起富营养化，造成水华和赤潮等现象，导致水体中的其他生物大量死亡。如今，磷污染已经造成了比较严重的后果，引起了广泛的关注。目前主要的除磷方法有:化学沉淀、吸附与离子交换、生化法、膜处理等，如化学沉淀法虽然效果好，操作简单，但一般适于高浓度磷酸盐的去除，且需要投加药剂，产生大量沉淀泥渣；吸附与离子交换除磷效果较好，特别是适用于低浓度含磷水体的净化，但受水中高浓度常规竞争离子(如硫酸根，氯离子，硝酸跟)影响，往往表现出吸附选择性较差，工作吸附容量低，再生频繁等问题；膜处理法不需任何药剂，设备也比较简单，但对膜的质量、运行管理要求高，处理成本也高。生化法是一种经济，简单的处理方法，其可将废水中有机磷及无机磷转化生化微生物所需的营养物质，但目前生化处理后的尾水(简称生化尾水)中往往存在低浓度磷酸盐(l-10mg/L)，但由于受污染水体组分复杂，竞争离子浓度高等特性所限，难以实现水中微量磷酸盐的深度净化。羟基氧化镁是近几十年来发展起来的一类新型层状介孔材料。研究表明:羟基氧化镁相比常规氧化铁，氧化锆等无机材料更易于形成纳米层片结构，这种纳米层片能够提供较大的比表面积和反应活性，同时层较之常规吸附材料具有明显优势。近期研究结果表明，羟基氧化镁对磷酸盐表现出较强的吸附选择性能及较大吸附容量，这种层片结构与磷酸盐的插层更易形成稳定的固定化结构。但遗憾的是羟基氧化镁以无机粉体的形式存在，直接应用于柱吸附或其他流态体系中往往产生较高的压降，存在固液分离困难，流体阻力大的应用瓶颈，难以实际应用。近年来，研究者将氢氧化镁类似无机纳米粒子担载于多孔担体表面制备担载型复合功能吸附材料已成为解决这一应用瓶颈的重要手段之一，最典型的担体如活性炭、硅胶、分子筛、高分子聚合物等。该方法充分借助担体大颗粒特性及纳米孔模板效应有效实现无机颗粒固定化，同时无机吸附材料特有吸附性能得以应用，从而克服了无机吸附材料分离困难，柱压大的技术瓶颈。目前在已公开的专利及文献中，该类复合材料的研制主要分为两类:1.活性炭，分子筛等微孔材料作为载体制备担载型纳米复合材料，该类材料自身所具有的微孔结构表现出孔板限域效应，从而有利于获得高分散，小粒径形成，提高吸附容量但担载过程中孔堵塞现象严重，导致吸附传质速率慢，载入纳米粒子利用效率低。2.大孔高分子聚合物，粘土，生物碳等大孔或介孔材料为载体，该类材料大孔道特性在一定程度上能够缓解动力学性能差，吸附传质速率慢的瓶颈，但载入的纳米粒子由于表面能极高极易团聚或生长，从而导致纳米粒子高比表面小尺寸特性缺失，在一定程度上阻碍了该类材料进一步发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够在生化处理尾水中存在高浓度硫酸根、氯离子、硝酸根、碳酸氢根等常规阴离子时，对水中微量磷酸盐仍表现出优异的去除性能，并且吸附效率高的。本专利技术主要是以纳米羟基氧化镁为无机功能吸附剂，强碱性阴离子交换树脂为担体，制备担载型层状羟基氧化镁功能材料，并用于受磷微污染的生化尾水水中微量磷酸盐的深度净化。1、，其步骤如下:⑴以硝酸镁或氯化镁为前驱体，将其溶解于水溶液中，控制其含量(质量分数)为5%-40%。⑵而后加入聚苯乙烯结构的多孔强碱性阴离子交换树脂，控制固液10-50g/L，控制温度40-60°C，充分搅拌反应10-12h，使镁盐逐步扩散至阴离子交换树脂孔道内表面。上述强碱性阴离子交换树脂可为D201 (杭州争光实业股份有限公司生产)、201x7 (天津波鸿树脂科技有限公司生产)或717 (河北廊坊南大树脂厂生产)等。⑶过滤并将树脂置于质量分数为3%?8%的氢氧化钠溶液中常温下反应10-12小时，而后过滤，将树脂洗至中性，于40-60°C下热处理5_8h，获担载型层状羟基氧化镁复合材料，其纳米羟基氧化镁担载量为5.9%-23.6%。2、本专利技术复合材料的再生:采用本专利技术复合材料处理生化尾水，当出水磷酸盐浓度高于0.5mg/L时，需停止吸附操作，进行再生。该吸附后的复合材料采用NaOH与NaCl混合溶液再生，其中NaOH浓度为3%-5%，NaCl浓度为2%_5%，控制再生流速为l_3BV/h，温度15°C?35°C，经2-5BV脱附反应即可完全再生。再生过程可在吸附柱中进行。再生后吸附材料需用清水冲洗至中性即可循环使用。上述清水可采用去离子水、自来水、蒸馏水或地下水。3、本专利技术复合材料的使用方法:将受磷酸盐污染的废水(浓度0.8_5mg/L)，温度一般控制在5°C -50°C，pH控制在3-10范围内，以10?50BV (床层体积)/h流速顺流通过装填有吸附材料的固定床柱吸附装置，可将受磷酸盐污染水高效净化，出水低于生活污水排放标准(GB18918-2002)中所规定的总磷限值(0.5mg/L)。当水中水体中存在大量的硫酸根，氯离子，硝酸根等共存离子时，使用本方法仍能保持较大的吸附容量及较高选择性。竞争离子浓度可以是磷酸盐浓度的0-300倍。强碱性阴离子交换树脂是一种高性能球形高分子担体，和传统的担体如活性炭、硅胶、分子筛、硅藻土等相比，其具有机械强度好，使用寿命，抗化学腐蚀能力强等优势。此外其表面含有带正电荷的季氨基功能基团，能够形成微电场环境，从而有助于纳米尺寸高分散羟基氧化镁的形成。而载体功能基团荷正电则有利于提升水中磷酸盐的吸附传质速率。此外，因此将羟基氧化镁担载于强碱性阴离子交换树脂表面，能够大大强化吸附剂对水中磷酸盐的吸附传质性能，并最终实现含磷水体的深度净化和安全控制。本专利技术与现有技术相比具有如下优点:(I)本专利技术以强碱性阴离子交换树脂为担体材料，其表面具有带正电的季氨基功能基团，对水中磷酸盐具有强化动力学传质作用。此外表面荷电环境能够有效抑制所载入的羟基氧化镁粒子发生团聚现象，从而有效解决了常规担载型吸附材料具有的动力学性能差，颗粒团聚，吸附效率低的技术瓶颈。(2)以羟基氧化镁作为功能无机吸附材料，其特有的层状介孔结构使其较之常规无机吸附剂表现出更大的比表面积及反应活性。这种层片结构与磷酸盐的插层更易形成稳定的固定化结构。因此以该方法所制备的担载型羟基氧化镁吸附材料较之常规担体型复合材料表现出明显优势。当污染水体中含有大量的硫酸根，氯离子，硝酸根等共存离子时，本专利技术仍能将含磷生化尾水中的磷酸盐降低到城镇污水排放标准以下，环保效益明显。(3)树脂载体特有的聚苯乙烯交联网状结构具有网孔限域效应，较之常本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种担载型层状羟基氧化镁复合材料的制备方法，其特征在于： ⑴以硝酸镁或氯化镁为前驱体，将其溶解于水溶液中，控制其含量的质量分数为5％‑40％， ⑵而后加入强碱性阴离子交换树脂，控制固液10‑50g/L,控制温度40‑60℃，充分搅拌反应10‑12h，过滤并将树脂置于质量分数为3％～8％的氢氧化钠溶液中常温下反应10‑12小时，而后过滤，将树脂洗至中性，于40‑60℃下热处理5‑8h，获担载型层状羟基氧化镁复合材料，其纳米羟基氧化镁担载量为5.9％‑23.6％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆瑞，张兆祥，焦体峰，于兴玥，杜青，纪现凯，孙奇娜，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13