一种利用陶土除磷的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用陶土除磷的方法，陶土作为一种天然矿物本身就具有数量大，价格低廉，环保易循环的优势。陶土的主要成分为二氧化硅，对天然陶土进行筛选、吸附，测量剩余磷酸盐浓度，发现相比较其他的天然矿物其吸附量具有一定的优势，解决了原先除磷吸附剂效率低下，成本较高的缺点。利用陶土作为吸附剂，除了能提高吸附效率，更能达到以废制废的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种利用陶土除磷的方法
本专利技术涉及除磷吸附领域，具体涉及一种利用陶土除磷的方法。
技术介绍
磷酸盐是现代农业和植物生长必不可少的元素之一。目前，通过各种人类活动，特别是工业和农业，将大量含磷酸盐的废水排入水体，从而引发水体富营养化，降低水体质量，因此有效的磷酸盐去除技术的研发迫在眉睫。常见的磷酸盐去除技术包括结晶，化学沉淀，物理吸附和生物去除。在关于结晶的磷酸盐去除方法中，如钙-磷酸盐晶体用以改善磷酸盐再循环和沉淀，然而结晶方法需要对操作条件进行复杂而精密的控制。而化学沉淀则需要控制化学品成本和避免造成二次污染，生物处理则需要控制大量附加污泥产量和污泥去除成本。吸附法正在成为污水处理中低浓度溶质磷的最常用方法，其主要是利用固体吸附剂的物理吸附和化学吸附性能，去除废水中的磷。在磷吸附剂中，陶土作为一种天然矿物，其材料成本低廉，过程扩展容易和运营成本较低的特点，使其在磷吸附领域具有较大潜力。在调节废水pH值的条件下，对中高浓度的含磷废水的除磷效率达到50％以上。陶土是一种成本低廉且容易获得的粘土矿物，其晶体结构为由Si-04四面体层与Al-O6八面体层通过共同的氧离子按层间比1：1所构成的层状铝硅酸盐，化学组成的通式为Al4(Si4O10)(OH)8。陶土表面的高负电荷通过碱金属和碱土阳离子平衡,这些阳离子可以被无机羟基金属阳离子所替代，以此增加陶土层间距.目前,现有论文中，仅有，黄怡然，2017年4月，宁波大学学报，发现陶土对Pb2+,Cd2+,Ni2+,Cr3+等离子具有较高的去除效率,而并未有文献涉及陶土对磷酸盐的去除。生活污水中磷含量约为8-15mg/L，工业含磷污水磷含量更高，可达几千mg/L，而我国含磷废水的排放标准为1级排放0.5mg/L、2级排放为1mg/L。可见，虽然利用陶土处理含磷污水可在一定条件下对磷酸盐进行快速去除，其明显依赖PH值和热力学表现为放热的特性，使得陶土本身的磷吸附量有限，但陶土颗粒粒径较小(平均粒径2-10μm)，吸水率较高(4.85％)，体积密度较小(2.27g/cm3)，弥补了一定其本身的不足。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了效率更高，成本更低的除磷吸附剂，采用陶土吸附剂作为除了能提高吸附效率，更能达到以废制废的目的。陶土作为天然矿物，其晶体结构为由Si-04四面体层与Al-O6八面体层通过共同的氧离子按层间比1：1所构成的层状铝硅酸盐，化学组成的通式为Al4(Si4O10)(OH)8，对磷酸盐造成物理化学吸附，在控制其温度和PH的情况下，使磷酸盐能够被快速吸附，大约75分钟达到饱和吸附。本专利技术提供的技术方案是：一种利用陶土除磷的方法，包括以下步骤：步骤1)陶土的精选、研磨及预处理将陶土经过多次磁选、球磨和筛分，获得平均粒径≤0.15mm的陶土微粒；步骤2)pH值调节依据陶土颗粒表面性质的不同，利用稀酸将含磷溶液的pH值调节至2-4之间的某一数值，以保证陶土颗粒表面zeta电位有利于其对磷的吸附；步骤3)温度调节依据陶土的热力学性质，控制其吸附温度，以保证有利于陶土对磷吸附时其放热反应的进行；步骤4)磷吸附向含磷溶液加入陶土微颗粒，搅拌。其中，步骤1)陶土的精选、研磨及预处理的具体方法是：首先将陶土过100目筛，加水湿润，将湿润陶土置于振荡器中，以140r/min的速度震荡2小时，随后抽滤，重复此步骤两次，以洗去多余的杂质，随后放入烘箱以80℃干燥5小时，防潮保存备用。步骤3)中，控制吸附温度为15～25℃。步骤4)中，在剧烈搅拌下以2g/L的投加量向含磷溶液加入陶土微颗粒，以120r/min的转速持续搅拌75-120分钟，即达到污水中磷的饱和吸附。本专利技术还公开了采用陶土对污水中磷酸盐的去除的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的工艺简单、成本低，易于工业应用：本专利技术方法不包含复杂的化学过程，除少量的稀酸用来调节PH外不需使用化学药品。本专利技术方法比传统磷吸附方法相比环节大为简化、相关的水处理设施也大幅减少，可大大降低除磷成本、便于工业应用。2、适用性强、磷吸附速度快：本专利技术方法适于吸附废水中的各种无机磷和多数有机磷，且60-120分钟即可接近吸附饱和，饱和磷吸附量可达13.6212mg/g，相较于其他天然矿物都具有一定的优势。3、本专利技术方法利用陶土颗粒作为磷吸附剂，属于以废制废，成本低廉，且使用过的陶土颗粒还可通过回收利用过程多次循环使用，因此具有显著的经济效益和环境效益。附图说明图1为本专利技术陶土在25℃，初始磷浓度为50mg/L，投加量为2g/L的情况下，以120r/min的转速持续震荡75分钟，在不同PH时陶土对磷酸盐溶液的去除率。图2为本专利技术在25℃，磷含量为50mg/L的含磷溶液中添加2g/L陶土颗粒，以120r/min持续震荡210分钟，磷的吸附历时曲线。图3为陶土颗粒的zeta电位随pH值的变化曲线。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。步骤1、陶土的精选、研磨及预处理将陶土经过多次磁选、球磨和筛分，获得平均粒径≤0.15mm的陶土微粒，具体方法是：首先将陶土过100目筛，加水湿润，将湿润陶土置于振荡器中，以140r/min的速度震荡2小时，随后抽滤，重复此步骤2次，以洗去多余的杂质，随后放入烘箱以80℃干燥5小时，防潮保存备用。步骤2、pH值调节依据陶土颗粒表面性质的不同，利用稀酸将含磷溶液的pH值调节至2-4之间的某一数值，以保证陶土颗粒表面zeta电位有利于其对磷的吸附。步骤3、温度调节依据陶土的热力学性质，控制其吸附温度，以保证有利于陶土对磷吸附时其放热反应的进行。步骤4、磷吸附在剧烈搅拌下以2g/L的投加量向含磷溶液加入陶土微颗粒，以120r/min的转速持续搅拌75-120分钟，即达到污水中磷的饱和吸附。步骤5、磷解吸上述实验吸附后的土样，加入饱和NaCL溶液离心洗涤2次(4000r/min，5分钟)，再加入KCL溶液，震荡24小时，过滤，测定溶液中磷含量。本专利技术通过扫描电子显微镜，比表面积测定仪，红外光谱仪测定陶土颗粒的形貌，比表面积以及表面基团，利用zeta电位仪检测陶土颗粒的zeta电位。利用配制的磷含量为50mg/L的含磷溶液进行磷吸附实验，然后通过磷的吸收标准曲线确定磷的浓度。磷的标准曲线通过钼锑抗分光光度法测定。图1为本专利技术陶土在25℃，初始磷浓度为50mg/L，投加量为2g/L的情况下，以120r/min的转速持续震荡75分钟，在不同PH时陶土对磷酸盐溶液的去除率。图2为本专利技术在25℃，磷含量为50mg/L的含磷溶液中添加2g/L陶土颗粒，以120r/min持续震荡210分钟，磷的吸附历时曲线。由图可知，陶土颗粒在前20分钟磷吸附最快，然后逐渐变慢，约在75分钟时接近饱和磷吸附，饱和吸附量为13.6212mg/g。图3为陶土颗粒的zeta电位随pH值的变化曲线，从中可以发现陶土吸附前后的零电位点(即表面zeta电位为零时的pH值)分别为吸附前pH＝3.59，吸附后PH＝3.77，吸附后零电位点稍向右移动，说明此吸附为外层吸附，同时表明当水体的pH<3.59时，陶土颗粒具有正的zeta电位。以上所述，仅是本专利技术的较佳实施例，并非对本专利技术作任何形式上的限制，任何熟悉本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用陶土除磷的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1)陶土的精选、研磨及预处理将陶土经过多次磁选、球磨和筛分，获得平均粒径≤0.15mm的陶土微粒；步骤2)pH值调节依据陶土颗粒表面性质的不同，利用稀酸将含磷溶液的pH值调节至2‑4之间的某一数值，以保证陶土颗粒表面zeta电位有利于其对磷的吸附；步骤3)温度调节依据陶土的热力学性质，控制其吸附温度，以保证有利于陶土对磷吸附时其放热反应的进行；步骤4)磷吸附向含磷溶液加入陶土微颗粒，搅拌。

【技术特征摘要】
1.一种利用陶土除磷的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1)陶土的精选、研磨及预处理将陶土经过多次磁选、球磨和筛分，获得平均粒径≤0.15mm的陶土微粒；步骤2)pH值调节依据陶土颗粒表面性质的不同，利用稀酸将含磷溶液的pH值调节至2-4之间的某一数值，以保证陶土颗粒表面zeta电位有利于其对磷的吸附；步骤3)温度调节依据陶土的热力学性质，控制其吸附温度，以保证有利于陶土对磷吸附时其放热反应的进行；步骤4)磷吸附向含磷溶液加入陶土微颗粒，搅拌。2.根据权利要求1所述的利用陶土除磷的方法，其特征在于：步骤1)陶土的精选、研磨及预处...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭照冰，朱锋，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32