一种纳米除磷剂、制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种纳米除磷剂碳酸镧水合物La2(CO3)3·nH2O，其中1≤n≤8；本发明专利技术还提供了所述纳米除磷剂碳酸镧水合物的制备方法，包括步骤：(1)将离子液体加入到金属镧离子溶液中，搅拌形成混合溶液；(2)向上述混合溶液中加入沉淀剂进行沉淀反应，反应产物经后处理得到纳米除磷剂碳酸镧水合物。本发明专利技术制备的纳米尺度的除磷剂碳酸镧水合物，最大饱和吸附量在100mg/L以上，对生态水域、生活或工业废水中的低含量磷组分脱除能力强，处理后水样中磷酸盐含量可达到国家磷酸盐一级排放标准，对缓解目前日益增长的磷环境污染压力和日常生产生活用水问题具有重大的意义。

A kind of nano phosphorus removal agent, preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种纳米除磷剂、制备方法及应用
本专利技术属于环境废水处理领域，具体涉及一种纳米除磷剂及其制备方法以及在低磷废水中的除磷应用。
技术介绍
全球关注的环境热点问题水体富营养化是指水体中N、P等营养盐含量过多而引起的水质污染现象。水体富营养化会引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，形成水华或赤潮现象，造成水体透明度降低，溶解氧过饱和以及水中溶解氧减少，导致水生动物大量死亡，水质恶化，水资源被污染，严重影响人类生活和社会经济发展。磷被公认为是决定水域生产率以及影响藻类异常繁殖的限制性因子，因此有效减少废水中的磷含量，对提高现有污水处理厂的出水水质，治理水体污染，防治水体富营养化都具有重要意义。目前常用的废水除磷方法主要包括物理法、化学法、生物法和人工湿地法等。物理吸附法除磷既受到除磷剂的最大饱和吸附量限制，还存在吸附剂再生难和选择性差等缺陷。生物法除磷操作简单，利用嗜磷菌在好氧及厌氧条件下交替运行来实现除磷，虽然处理价格低廉，但处理效果有限，且易受温度、溶解氧、pH和盐浓度等外界因素影响。化学法有化学沉淀法、离子交换法、反渗透、电渗析等方法，其中用途最广的为化学沉淀法，主要利用铁盐、铝盐和石灰等能与磷酸根生成难溶性磷酸盐沉淀的方法去除水中的磷。虽然化学法对于磷含量较高的废水具有较好的处理效果，但对低磷废水而言，化学药剂的大量消耗使运行成本显著增高。针对低磷废水，含稀土金属镧的除磷剂的除磷效果明显好于普通化学除磷剂，这是因为镧是一种具有强亲电性的稀土元素，它能同水体中的磷酸根离子结合形成溶度积极低的磷酸镧复合物，目前已开发的含镧除磷剂的有效组分包括La2O3、La(OH)3、La2(CO3)3等。公开号为CN105854806A的专利公开了一种负载镧铁复合金属氧化物的膨胀石墨除磷剂，以膨胀石墨作为疏松多孔结构材料基体，在膨胀石墨基体的微孔表面上负载有镧铁复合金属氧化物。公开号为CN106698548A的专利公开了一种高效除磷剂，按质量百分比金属化合物30％-70％，天然矿粉10％-20％，絮凝剂10％-20％，活性炭5％-10％，助凝剂5％-10％配制，其中金属化合物包括铝盐或铁盐，还包括镧化合物(氧化镧、硫酸镧、氯化镧中的一种或任意几种)。但是目前制备La(OH)3和La2(CO3)3时均采用共沉淀方法，只能获得微米尺寸的产品。微米尺寸没有表面效应，即随着颗粒直径变小，比表面积显著增加，颗粒表面原子数相对增多，从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样特性的现象；纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，因而具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，即纳米效应。纳米粒子中的原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子，从而在催化和反应中表现出特异性的超强能力。比如，对直径大于0.1微米的颗粒表面效应可忽略不计，当尺寸小于0.1微米时，其表面原子百分数激剧增长，甚至1克超微颗粒表面积的总和可高达100平方米，这时的表面效应将不容忽略。而当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时，其粒径虽改变为1000倍，但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨，所以微米尺寸的产品和纳米尺寸的产品二者在行为上将产生明显的差异。离子液体是近十年来得到迅速发展的重要液体物质，其特殊的物理化学性质，使它在制备纳米材料中表现出巨大的应用潜力，不但可简化纳米材料的制备过程，同时还能促进小粒径纳米粒子的形成，并提高产物中纳米粒子的分散性和热稳定性。此外，离子液体具有的较大极性，使其可作为制备纳米材料的软湿微模板，控制纳米材料的形态。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米除磷剂，纳米粒子的表面效应使纳米除磷剂表面具有强吸附性，镧的强亲电性使其同磷酸根离子结合形成溶度积极低的磷酸镧复合物，适用于处理低磷污水，尤其适用于处理低磷污水中无机磷组分。本专利技术提供的纳米除磷剂为碳酸镧水合物，其分子式为La2(CO3)3〃nH2O，其中n为整数，1≤n≤8。本专利技术还提供了一种纳米除磷剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将离子液体加入到金属镧离子溶液中，搅拌形成混合溶液，其中离子液体的质量浓度为0.1～10％；(2)向上述混合溶液中加入沉淀剂进行沉淀反应，反应产物经后处理得到纳米除磷剂碳酸镧水合物。所述的离子液体为氟磷酸咪唑盐类或氟硼酸咪唑盐类离子液体，其中咪唑环上的取代基为甲基、丙基或丁基中的一种或多种。所述的金属镧离子由金属镧盐提供，包括硝酸镧、硫酸镧、氧化镧、草酸镧、氯化镧或氯化镧水合物。所述沉淀剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵或碳酸氢铵中的至少一种。步骤(2)中，所述的沉淀反应条件为：pH7～10，20～80℃搅拌反应1～6小时，再静置陈化0.5～12小时。步骤(2)中所述的后处理包括，抽滤得到固体物质经洗涤、干燥、研磨得到终产物。从离子液体水溶性、化学稳定性及成本考虑，离子液体优选为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体，它们的加入不但可以改变碳酸镧产品的粒径和形貌，而且能减小溶液中水的表面张力，易于产物碳酸镧在低浓度下结晶析出，而获得纳米尺度的产品。本专利技术中反应原料的用量并没有严格的限定，一般按照化学反应计量比进行反应，为提高产物收率，沉淀剂过量进行反应。除按照化学计量的过量反应之用量外，还有调节反应终点的pH值在指定pH7～10范围内的作用，优选的，沉淀剂的摩尔浓度为0.002～0.25M。金属镧离子溶液的浓度对产物碳酸镧的形貌和粒径的影响为浓度越低，产物的粒径受浓度影响越小，浓度越高，颗粒间的团聚性增大，使产物的粒径大小发生改变，作为优选金属镧离子摩尔浓度为0.001～0.1M。反应温度和干燥温度显著影响碳酸镧与水的水合作用，进而影响除磷剂碳酸镧的形貌和组成，作为优选，反应温度为20～40℃，干燥温度为35～60℃。本专利技术还提供了该除磷剂在低磷污水处理方面的应用，所述低磷废水的初始总磷含量为TP＝0.7～20mg/L。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益的技术效果：(1)本专利技术制备的纳米除磷剂碳酸镧水合物，纳米尺度产品的饱和吸附量显著增加，最大饱和吸附量在100mg/L以上；产品中碳酸镧对PO43-的吸附沉积作用，具有吸附容量高、吸附速率快、选择性好的优点，并且形成的磷酸镧沉淀溶解度小，除磷、固磷效果显著、持久。对废水中低浓度磷组分处理后，磷酸盐含量可达到国家磷酸盐《污水综合排放标准》(GB8978--1996)中一级排放标准0.5mg/L(以P计)。(2)本专利技术除磷剂，除磷后生成的磷酸镧沉淀水中溶解度小，不会对水体造成二次污染，对水中磷组分的去除兼具高效治理和环境友好等特点，从而开辟了一条含磷废水处理的新方法，对缓解目前日益增长的磷环境污染压力和日常生产生活用水问题具有重大的意义。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的除磷剂碳酸镧水合物的SEM图。图2为本专利技术实施例2制备的除磷剂碳酸镧水合物的TEM图。图3为本专利技术实施例3制备的除磷剂碳酸镧水合物的TGA图。图4为本专利技术对比例1制备的除磷剂碳酸镧水合物的TEM图。图5为本专利技术应用例1中除磷剂的脱磷动力学曲线。图6为本专利技术应用例2中除磷剂的等温吸附曲线。图7为本专利技术应用例3中除磷剂在其它本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米除磷剂碳酸镧水合物，其分子式为La2(CO3)3〃n H2O，其中n为整数，1≤n≤8。

【技术特征摘要】
1.一种纳米除磷剂碳酸镧水合物，其分子式为La2(CO3)3〃nH2O，其中n为整数，1≤n≤8。2.一种根据权利要求1所述的纳米除磷剂碳酸镧水合物的制备方法，包括以下步骤：(1)将离子液体加入到金属镧离子溶液中，搅拌形成混合溶液，其中离子液体的质量浓度为0.1～10％；(2)向上述混合溶液中加入沉淀剂进行沉淀反应，反应产物经后处理得到纳米除磷剂碳酸镧水合物。3.根据权利要求2所述的纳米除磷剂碳酸镧水合物的制备方法，其特征在于，所述的离子液体为氟磷酸咪唑盐类或氟硼酸咪唑盐类离子液体，其中咪唑环上的取代基为甲基、丙基或丁基中的一种或多种。4.根据权利要求2所述的纳米除磷剂碳酸镧水合物的制备方法，其特征在于，所述的金属镧离子由金属镧盐提供，包括硝酸镧、硫酸镧、氧化镧、草酸镧、氯化镧或氯化镧水合物。5.根据权利要求2所述的纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄梅，路一帆，夏炎，吴华威，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33