一种利用膨润土制备水体除磷吸附剂的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用膨润土制备水体除磷吸附剂的方法，包括：1）天然膨润土的筛选和2）酸改性膨润土的制备，最终获得酸改性膨润土样品，即为水体除磷吸附剂。本发明专利技术的利用膨润土制备水体除磷吸附剂的方法，盐酸改性明显提高了膨润土对磷的吸附性能，随着酸用量的增加，改性后膨润土对磷的吸附能力呈逐渐增加趋势。当盐酸用量为9%时，酸改性膨润土对磷的吸附效果较为理想，对磷的吸附量分别为0.46 mg/g，经吸附后残留溶液中磷浓度为10.9 mg/L。该水体除磷吸附剂将在畜禽废水磷吸附中的具有广泛的应用。

Method for preparing phosphorus removal adsorbent for water body by using bentonite

The invention discloses a preparation method of water removal sorbent using bentonite system includes: 1) screening of natural bentonite and 2) acid modified bentonite preparation, finally obtain acid modified bentonite samples, namely water phosphorus adsorbent. The invention uses bentonite preparation method of water phosphorus adsorbent, hydrochloric acid modification can obviously improve the adsorption properties of bentonite to phosphorus, with the increase of the dosage of acid, the modified bentonite adsorption capacity of phosphorus increased gradually. When the amount of hydrochloric acid is 9%, acid modified bentonite adsorption effect to phosphorus is ideal, the adsorption capacity of phosphate was 0.46 mg/g respectively, the adsorption of phosphorus in the residual solution concentration of 10.9 mg/L. The phosphorus removal adsorbent for water bodies will be widely used in the phosphorus absorption of livestock wastewater.

【技术实现步骤摘要】
一种利用膨润土制备水体除磷吸附剂的方法
本专利技术属于环境污染物吸附材料
，具体涉及一种利用膨润土制备水体除磷吸附剂的方法。
技术介绍
环境矿物材料的改性，是矿物材料深加工的主要方式之一，通过改性，可改变环境矿物材料的离子交换种类和可交换性，改变矿物结构内部空隙率和膨胀性，改善矿物的吸附性与其他各种物理化学性能。目前，对环境矿物材料的改性类型多种多样，可分为物理改性、化学表面改性、纳米环境矿物粉体表面改性，其中常用的有：酸改性、热改性和有机/无机柱撑等。天然矿物往往存在许多不足，因此在实际运用中要对其进行改性，以提高其对磷的吸附性能。如：作为膨润土中的主含矿物蒙脱石在水介质中分散后，一部分在表面双电层作用下开始分离，另一部分则因可交换性Ca2+、Mg2+的存在而成集合体团聚态，所以未经处理的膨润土处理废水的效果欠佳，不能满足使用需求。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种利用膨润土制备水体除磷吸附剂的方法，采用盐酸处理天然膨润土材料，通过改变矿物特性提高其对磷污染水体的吸附净化性能。技术方案：为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种利用膨润土制备水体除磷吸附剂的方法，包括以下步骤：1)天然膨润土的筛选：称取不同膨润土矿物材料于离心管中，在20±1℃的恒温条件下，加入含磷浓度模拟废水；震荡1-4h，静置12-36h，离心分离上清液，测定磷的含量，根据浓度的变化，计算其吸附磷素的数量，筛选出磷吸附容量较高的膨润土；2)酸改性膨润土的制备：向步骤1)筛选出的磷吸附容量较高的膨润土中加入盐酸溶液，在60-80℃下恒温搅拌1-4h，冷却后离心，用蒸馏水洗涤固体沉积物，洗涤至无Cl-存在，制得的固体样品于60-105℃烘干，过100目筛，得酸改性膨润土样品，即为水体除磷吸附剂。步骤1)中，称取不同膨润土矿物材料0.5g于150mL离心管中。步骤1)中，模拟废水中磷浓度为50mg/L。步骤1)中，180r/min震荡1-4h，静置12-36h，4000r/min离心10min，分离上清液。步骤2)中，盐酸溶液的浓度为9％。所述利用膨润土制备水体除磷吸附剂的方法制备获得的水体除磷吸附剂。所述水体除磷吸附剂在畜禽废水磷吸附中的应用。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的利用膨润土制备水体除磷吸附剂的方法，盐酸改性明显提高了膨润土对磷的吸附性能，随着酸用量的增加，改性后膨润土对磷的吸附能力呈逐渐增加趋势。当盐酸用量为9％时，酸改性膨润土对磷的吸附效果较为理想，对磷的吸附量分别为0.46mg/g，经吸附后残留溶液中磷浓度为10.9mg/L。附图说明图1是天然膨润土的磷吸附能力比较结果图；图2是酸改性膨润土对磷的吸附容量的结果图；图3是酸改性膨润土净化水体后的残留磷浓度的结果图；图4是天然与酸改性膨润土对磷的等温吸附线的结果图；图5是天然与酸改性膨润土对磷的吸附动力学曲线的结果图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的说明。实施例1畜禽废水磷吸附材料的制备1)天然膨润土的筛选：供试膨润土有2种，分别来自江苏南京(BN-1)和新疆奎屯(BN-2)。准确称取将2种不同膨润土矿物材料0.5g于150mL离心管中，在恒温(20±1)℃条件下，加入50mL磷浓度为50mg/L的模拟废水，180r/min震荡1h，静置24h，4000r/min离心10min，分离上清液，测定磷的含量，根据浓度的变化，计算其吸附磷素的数量，筛选出磷吸附容量较高的膨润土作为下一步操作材料。结果如图1所示，来自江苏南京的天然膨润土(BN-1)明显强于新疆奎屯(BN-2)，因此选定BN-1作为后续材料。2)不同酸浓度改性膨润土的制备：取30g膨润土于圆底烧瓶中，分别加入250mL不同浓度(体积分数为1％、3％、9％)的盐酸溶液，在70℃下恒温搅拌2h，冷却后离心，用蒸馏水洗涤固体沉积物，洗涤至无Cl-存在(用AgNO3溶液检验)，制得的固体样品于105℃烘干，过100目筛，得酸改性膨润土样品。3)测定天然与酸改性膨润土的化学组成(质量百分比)、矿物组分变化和比表面积变化(m2/g)。表1天然与酸改性膨润土的数据对比结果如表1所示，酸改性对膨润土的化学组成和矿物组分基本无影响，因而酸改性样品对磷吸附量的提高，并非为盐酸改变了环境矿物材料的化学组成所致。而酸化前后膨润土表面积的变化数据表明，9％的酸活化作用明显提高了膨润土的表面积，以BET表面积进行计算，膨润土提高了146％。因此，增加矿物表面积的方式是酸改性提高膨润土对磷的吸附性能的重要原因之一。同时，酸处理过程中还可以将碳酸钙中的钙离子释放出来，从而提高了钙离子的活性，易形成钙磷沉淀，增加对磷的去除能力。实施例2准确称取酸改性样品0.5g于150mL离心管中，加入25mL磷浓度为20mg/L的模拟废水溶液。恒温(20±1)℃条件下，200r/min震荡24h，4000r/min离心10min，分离上清液，待测磷的浓度。根据始末浓度的变化，计算其吸附磷素的数量。结果发现，随着酸用量的增加，改性后膨润土对磷的吸附能力呈逐渐增加趋势(图2)。考虑到盐酸的消耗成本与实际可操作性，本试验盐酸的最高用量为9％(V/V)。当酸用量为9％时，膨润土对磷的吸附量为0.46mg/g，经吸附后残留溶液中磷浓度为10.9mg/L(图3)。9％酸改性后膨润土对磷的吸附性能最佳，吸附量较天然膨润土提高了1.5倍。实施例3准确称取9％酸改性后膨润土样品及其天然样品0.5g于150mL离心管中，加入50mL含磷浓度为0、3、6、10、30、50、80、100、120、140、160、180、200、400、600mg/L的模拟废水溶液。恒温(20±1)℃振荡24h，其余步骤同实施例2，绘制磷素等温吸附曲线。天然膨润土对磷的吸附随着溶液中磷的浓度的增加，曲线斜率由大逐渐减小，最终达到平衡，显示单分子层吸附的特征，可见，随着膨润土对磷吸附量的增加，其对磷的吸附亲合能力逐渐降低；而酸改性膨润土随着磷浓度的增加，曲线斜率起先增加，之后逐渐平缓，后期开始缓慢增加并最终达到平衡，在达到平衡后再次增强，显示出多分子层吸附特征。在磷初始浓度分别为600mg/L时，天然和酸改性膨润土对磷的饱和吸附量分别约为0.49mg/g和1.57mg/g，表明经酸改性后膨润土对磷的饱和吸附量有较大程度的提高，提高了2.2倍(图4)。实施例4准确称取9％酸改性后膨润土样品及其天然样品0.5g于150mL离心管中，加入50mL磷浓度为20mg/L的模拟废水溶液。恒温(20±1)℃条件下，200r/min分别震荡0、20min、40min、1h、2h、4h、6h、8h、16h、24h，其余步骤同实施例2，绘制磷素吸附动力曲线。天然与9％酸改性膨润土起始阶段随着反应时间的延长，对磷的吸附量随之增加，但增加的速度逐渐降低，最后达到平衡。天然膨润土与酸改性膨润土反应速率均较快，进行到1h时已趋于平衡，吸附量分别为0.21mg/g和0.47mg/g(图5)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用膨润土制备水体除磷吸附剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）天然膨润土的筛选：称取不同膨润土矿物材料于离心管中，在20 ±1℃的恒温条件下，加入含磷浓度模拟废水；震荡1‑4 h，静置12‑36 h，离心分离上清液，测定磷的含量，根据浓度的变化，计算其吸附磷素的数量，筛选出磷吸附容量较高的膨润土；2）酸改性膨润土的制备：向步骤1）筛选出的磷吸附容量较高的膨润土中加入盐酸溶液，在60‑80 ℃下恒温搅拌1‑4 h，冷却后离心，用蒸馏水洗涤固体沉积物，洗涤至无Cl

【技术特征摘要】
2017.02.10 CN 20171007370071.一种利用膨润土制备水体除磷吸附剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）天然膨润土的筛选：称取不同膨润土矿物材料于离心管中，在20±1℃的恒温条件下，加入含磷浓度模拟废水；震荡1-4h，静置12-36h，离心分离上清液，测定磷的含量，根据浓度的变化，计算其吸附磷素的数量，筛选出磷吸附容量较高的膨润土；2）酸改性膨润土的制备：向步骤1）筛选出的磷吸附容量较高的膨润土中加入盐酸溶液，在60-80℃下恒温搅拌1-4h，冷却后离心，用蒸馏水洗涤固体沉积物，洗涤至无Cl-存在，制得的固体样品于60-105℃烘干，过100目筛，得酸改性膨润土样品，即为水体除磷吸附剂。...

【专利技术属性】
技术研发人员：干方群，杭小帅，韩承辉，张晓，唐荣，秦品珠，谢伟芳，程婷，关莹，
申请(专利权)人：江苏省环境科学研究院，江苏开放大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32