一种新型氢氧化镧改性羟基磷灰石材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种新型氢氧化镧改性羟基磷灰石材料及其制备方法与应用，制备方法包括以下步骤：将氯化镧或氧化镧溶解在酸性溶液中，加入羟基磷灰石，采用碱溶液调节混合溶液的pH至碱性，然后把搅拌后的混合溶液放入超声器超声一定时间，之后置于搅拌器上继续搅拌一定时间，然后密封老化，过滤，干燥所得滤渣，经高温焙烧后即得本发明专利技术的材料。其粒径大小可控、具有比表面积大、颗粒孔径大、负载均匀的特点，运用于废水中的磷酸根的去除、去除率达到97.5％以上，可实现高效高负荷除磷目的。

【技术实现步骤摘要】
一种新型氢氧化镧改性羟基磷灰石材料及其制备方法与应用
本专利技术属于废水处理领域，涉及一种吸附剂材料及其去除废水中磷酸盐的方法，尤其涉及一种新型氢氧化镧改性羟基磷灰石材料及其制备方法与应用。
技术介绍
磷是城市污水中主要的污染物之一，磷是导致水体富营养化的重要原因，磷废水直接排放将导致严重的水体污染。2012年，环保部通报的2011年中国环境状况表明，国湖泊富营养化问题突出，在监测的湖泊中，达到富营养化状态的湖泊占到了53.8％。水体富营养化会导致水体水味腥臭难闻、降低水体透明度、消耗水体溶解氧、影响供水水质以及释放有毒物质。水体富营养化的机理到目前为稀土还不是很明确，但是过量的营养物质进入水体是导致水体富营养化的主要原因之一。城市污水中通常包含了大量的营养物质，如氮、磷，一旦这些营养物质大量进入水体，往往会导致严重的富营养化。据报道，80％的湖泊、水库富营养化的限制因素是磷，约10％的湖泊、水库富营养化和氮有关，其他10％的湖泊、水库富营养化和其他因素有关。通过对藻类的经验分子式进行分析，发现磷元素是水体富营养化的主要限制性因素。近年来，我国对污水中含磷化合物的排放提出了新标准。我国相继发布了《污水综合排放标准》(GB8978-1996)和《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)，都规定了磷酸盐的排放浓度。现行的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)明确规定，2006年以后建设的污水处理厂总磷排放标准为≤0.5mg/L(以P计)。因此，严格的排放标准对除磷技术提出了更高的要求。目前，国内外除磷的方法主要有化学法除磷(包括金属盐混凝法，石灰混凝法和结晶法)、生物法除磷、化学和生物法结合除磷、吸附法除磷和膜技术除磷。其中生物除磷法具有成本低、环境友好等优点。但该法处理效果不稳定，极易受水的温度和酸碱度的影响，对水中有机物浓度的依赖性很强，而且只适用于处理磷浓度很小的污水中。结晶法具有运行成本低、易于控制等优点，但也极易受外界温度、酸碱度和有机物含量的影响，而且结晶除磷法维护费用较高、易堵塞反应塔等都是在实际规模化应用过程中遇到的难题。与传统的除磷法相比，吸附法具有以下优点：不产生化学污泥，吸附范围广，吸附速率快，高效低耗，磷资源可回收利用等。基于这些优点，在实际除磷中吸附法已经被广泛的应用和发展，尤其在应用于深度除磷过程中，表现出了很好的吸附性能。综上所述，各种除磷方法，吸附法最简便快捷，对环境的污染小、效果好，因此选择吸附法除磷。在各种吸附材料中稀土金属镧本身对磷的吸附性能就很高、稳定性好、抗干扰能力强、不会产生二次污染，具有很高亲磷性，但稀土金属元素地球的相对含量少、开发难度大、价格比较昂贵，然而羟基磷灰石的存量大、来源广、便宜易得。以及镧与其他日常生活中廉价易得的材料进行改性后，能使原材料吸附磷酸根离子的性能大大提高。羟基磷灰石多应用在除氟领域，目前已有大量相关文献报道，而很少应用于除磷方向。中国专利CN201110325471.6公开了羟基磷灰石改性鸡蛋壳去除和回收水中磷酸盐的方法，包括调整溶液pH为3～10，向所述磷酸盐溶液投加1g/L以上的材料，使所述羟基磷灰石改性鸡蛋壳头加入磷酸盐溶液在20～60℃、转速50～500rpm情况下，吸附30min以上，达到快速除磷的效果。但除磷过程中，材料的投加量比较大，吸附容量小，对磷酸根的去除率及吸附效率较低。另外，稀土金属元素负载在羟基磷灰石也未曾见到报道。因此将稀土金属镧改性羟基磷灰石应用于对磷的吸附，为磷酸根离子吸附材料开辟了新的方向。一种好的新型除磷材料应满足如下要求：1)除磷材料应具有较高的吸附除磷容量，以保证具有较长的运行周期；2)不同地区的湖泊水质不同ph值、含磷量、含盐量等，因此新型除磷材料的应用范围应较广泛，适合于应用各种水质情况的除磷净化；3)新型除磷材料的处理费用低、来源广、制备简单、操作方便；4)新型除磷材料在运行时应保证出水水质符合国家饮水标准。
技术实现思路
为实现上述目的，本专利技术提供了一种新型氢氧化镧改性羟基磷灰石高效除磷材料的制备方法。采用如下技术方案：一种新型氢氧化镧改性羟基磷灰石材料的制备方法，包括以下步骤：将氯化镧或氧化镧溶解在酸性溶液中，加入羟基磷灰石，采用碱溶液调节混合溶液的pH至碱性，然后把搅拌后的混合溶液放入超声器超声一定时间，之后置于搅拌器上继续搅拌一定时间，然后密封老化，过滤，干燥所得滤渣，经高温焙烧后即得到氢氧化镧改性羟基磷灰石材料。本专利技术采用化学沉淀法，以超声微波的方式促进羟基磷灰石的孔隙密度生长、加速羟基磷灰石与氢氧化镧的反应速率，相比于传统的水热法，工序步骤简单、反应条件更温和，材料的产率更高、颗粒粒度更均匀。进一步地，所述制备方法具体包括以下步骤：1)将一定量的氯化镧或氧化镧溶解于80～150倍质量的去离子水里，用酸溶液调节pH至4.5～6.5；2)加入羟基磷灰石溶液，用碱溶液调节混合溶液pH至9～12，搅拌1～5h；3)把搅拌后的混合溶液放入超声器进行超声，调节其超声强度为100～300W/m2，超声0.5～4h；4)将超声过后的混合溶液在搅拌器上继续搅拌3～24h；5)停止搅拌，密封老化5～12h；6)将老化后的溶液洗涤至中性，除去可溶性杂质，过滤；7)将所得滤渣放入烘箱干燥，然后在马弗炉中焙烧；8)所得固体经破碎后即得新型氢氧化镧改性羟基磷灰石材料。进一步地，步骤1)中所述酸溶液为盐酸溶液；和/或步骤2)中所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水溶液；和/或步骤2)中所述混合溶液的镧钙质量比为15～1：1～15；和/或步骤4)中搅拌速率为60～200rpm。进一步地，步骤1)中所述酸溶液的浓度为0.05～0.5mol/L，和/或步骤2)中所述碱溶液的浓度为0.05～0.5mol/L。进一步地，步骤6)中所述过滤为常压过滤或抽滤；和/或步骤7)中干燥条件为置于真空烘箱50～120℃下干燥8～24h或置于鼓风烘箱70～160℃下干燥8～24h；和/或步骤7)中焙烧条件为100～500℃下焙烧5～10h，或所述焙烧条件为从50℃开始以5～10℃的速率程序升温至100～500℃，在100～500℃下焙烧5～8h。本专利技术的第二个目的是提供一种如上述制备方法得到的新型氢氧化镧改性羟基磷灰石材料。进一步地，所述材料中镧钙摩尔比为0.1～1：1。本专利技术的第三个目的是提供一种新型氢氧化镧改性羟基磷灰石材料在除磷净水方面的应用。本专利技术的第四个目的是提供一种新型氢氧化镧改性羟基磷灰石材料除磷净水的方法，包括以下步骤：将一定量的所述材料加入到磷酸盐溶液中并混匀，再置于恒温振荡器中，在20～50℃下震荡6～24h。进一步地，所述磷酸盐溶液的初始浓度为10～500mg/L、pH为3～11，和/或所述材料的加入量为1～10g/L，和/或所述恒温振荡器的振荡频率为70～200rpm。将本专利技术的材料应用于磷酸根的去除，除磷条件温和、运行周期长，可处理的pH及磷酸盐浓度范围广泛，适用于各种水质情况的除磷净化。本专利技术的有益效果如下：1、采用化学沉淀法制备材料，制备方法简单，操作方便，摒弃了常规的水热法合成材料的繁琐的步骤，减少了对能源的消耗，提高氢氧化镧改性羟基磷灰石效率，降低了其制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型氢氧化镧改性羟基磷灰石材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氯化镧或氧化镧溶解在酸性溶液中，加入羟基磷灰石，采用碱溶液调节混合溶液的pH至碱性，然后把搅拌后的混合溶液放入超声器超声一定时间，之后置于搅拌器上继续搅拌一定时间，然后密封老化，过滤，干燥所得滤渣，经高温焙烧后即得到氢氧化镧改性羟基磷灰石材料。

【技术特征摘要】
1.一种新型氢氧化镧改性羟基磷灰石材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氯化镧或氧化镧溶解在酸性溶液中，加入羟基磷灰石，采用碱溶液调节混合溶液的pH至碱性，然后把搅拌后的混合溶液放入超声器超声一定时间，之后置于搅拌器上继续搅拌一定时间，然后密封老化，过滤，干燥所得滤渣，经高温焙烧后即得到氢氧化镧改性羟基磷灰石材料。2.如权利要求1所述的新型氢氧化镧改性羟基磷灰石材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：1)将一定量的氯化镧或氧化镧溶解于80～150倍质量的去离子水里，用酸溶液调节pH至4.5～6.5；2)加入羟基磷灰石溶液，用碱溶液调节混合溶液pH至9～12，搅拌1～5h；3)把搅拌后的混合溶液放入超声器进行超声，调节其超声强度为100～300W/m2，超声0.5～4h；4)将超声过后的混合溶液在搅拌器上继续搅拌3～24h；5)停止搅拌，密封老化5～12h；6)将老化后的溶液洗涤至中性，过滤；7)将所得滤渣放入烘箱干燥，然后在马弗炉中焙烧；8)所得固体经破碎后即得新型氢氧化镧改性羟基磷灰石材料。3.如权利要求2所述的新型氢氧化镧改性羟基磷灰石材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述酸溶液为盐酸溶液；和/或步骤2)中所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水溶液；和/或步骤2)中所述混合溶液的镧钙质量比为15～1：1～15；和/或步骤4)中搅拌速率为60～200rpm。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾桂生，李仲军，魏栖梧，凌波，马林娟，黄盛，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西,36