基于天然斜发沸石同步脱氮除磷吸附剂材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种基于天然斜发沸石同步脱氮除磷吸附剂材料的制备方法及应用，包括：将天然斜发沸石粉碎至粒径为5

【技术实现步骤摘要】
基于天然斜发沸石同步脱氮除磷吸附剂材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及废水处理
，具体涉及一种基于天然斜发沸石同步脱氮除磷吸附剂材料的制备方法及应用，用于脱除高浓度氮磷废水中的氮和磷。

技术介绍

[0002]随着我国社会经济的高速发展，大量工业废水和生活污水排入江河湖泊，导致浮游植物大量繁殖，引发水体富营养化，加速水中溶解氧消耗，从而影响整个生态系统平衡。其中，氮磷是造成水体富营养化的主要因数之一，为此，近年来，人们在废水脱氮除磷方面开展了广泛研究。
[0003]常用的废水处理方法有生物法、沉淀法和吸附法等，其中，生物法工艺冗长、操控复杂，且运行周期较长；沉淀法虽然脱氮除磷效果明显，但对于高浓度废水需要消耗大量化学药剂，且存在二次污染等问题；吸附法对于低浓度废水在脱氮除磷过程中具有高效稳定等特点，但其主要以单一脱氮或除磷为目的，对于高浓度氮磷废水不具备同步脱除能力。
[0004]天然斜发沸石由硅氧(SiO4)四面体和铝氧(AlO4)四面体通过共用氧原子构成晶体骨架，独特的片状结构和固有的多孔表面，使其赋予较高的阳离子交换容量和较大的比表面积，对铵离子及其衍生物表现出较强的选择性和表面吸附性能；据资料报道[Water Pollution Control Federation,1975,47,448
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456；Journal of Chemical Technology and Biotechnology,2004,79(6):651
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657.]，天然沸石的氨氮极限吸附容量为15.5mg/g。
[0005]研究人员[环境化学，2003，22(2)：166
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171；Journal of Hazardous Materials,2007,141(3):483
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488.]分别采用NaCl、硫酸镁、氯化铝、氯化铁和氯化钙等改性天然沸石后能够有效提高铵离子吸附量；采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、溴化十六烷基吡啶(CPB)、季铵盐硅烷偶联剂、氯氧化锆、氯化镧、氯化铌等改性天然沸石后对除磷效果较为明显；但是，关于同步去除水中氨氮和磷酸盐的研究则比较少见。
[0006]段金明等人(环境工程学报，2009，3(5)：829
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833)采用硫酸镁和氯化铝改性沸石分子筛，发现高温煅烧虽然有利于脱氮除磷，但是这类吸附剂存在着制备工艺复杂和成本较高等缺陷，特别是在高温煅烧过程中容易产生二次污染。文献(环境科学研究，2009，22(9)：1039
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1043)提供了一种钙型天然斜发沸石制备方法，同步脱氮达96％，除磷接近100％；但是这类吸附剂在使用过程中存在着金属离子二次释放等问题，特别是当水体pH值高于9时，容易使得吸附剂表面已经吸附的磷再次释放到水中，加剧其富营养。文献(环境工程学报，2013，7(5)：1665
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1670)提供了一种热改性斜发沸石对富营养化水体的脱氮除磷方法，但是同样存在着制备工艺复杂和成本较高等问题。
[0007]Huo等人(Journal of hazardous materials,2012,229:292
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297)通过热处理天然斜发沸石，并用NaCl和FeCl3溶液进行改性，氨氮和磷去除率分别为98.46％和99.80％。由于这类吸附剂采用NaCl和FeCl3溶液进行改性，因此存在着制备工艺复杂和成本较高等缺陷，特别是在使用过程中存在着金属离子二次释放等问题。专利(CN111530412A)公开了
一种基于天然斜发沸石合成同步脱氮除磷吸附剂的方法，该方法主要以天然沸石为原料，通过碱溶和补铝等手段，并在合成A型沸石分子筛过程中引入镧元素，从而制备出具有同步脱氮除磷效果的镧改性沸石分子筛吸附剂。这类吸附剂同样存在着制备工艺复杂问题，特别是采用稀土元素改性导致成本较高。
[0008]专利(CN112108110A)公开了一种基于天然沸石的脱氮除磷颗粒材料及其制备方法，该方法主要以天然沸石为原料，通过粉碎，碱溶，浸渍，烘干和造粒，煅烧等工艺获得钙基多孔颗粒材料，可用于脱氮除磷，水质净化，水环境修复等领域。显然，这类吸附剂同样存在着制备工艺复杂和在煅烧过程中容易产生二次污染等问题。
[0009]专利(CN103084142A)公开了一种用于去除水中氨氮和重金属的改性沸石制备方法，该方法主要将沸石通过筛选，清洗，烘干，(NaCl，KCl，KOH，NaOH，HCl)水溶液浸泡，超声波震荡或微波改性等工艺获得改性沸石吸附剂材料，可去除水中氨氮和重金属离子。这类吸附剂也存在着制备工艺复杂和成本较高等问题。
[0010]文献(精细化工，2018，35(9)：1601
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1608；环境工程学报，2012，6(8)：2470
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2476。)采用氯化钠和氯氧化锆改性天然沸石，得到具有脱除水中氨氮和磷的双功能钠锆改性天然沸石。但是，这些吸附剂由于长时间吸附导致再生性能较差(工业安全与环保，2011，37(2)：7
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9。)，在实际应用中也会受到许多限制。综上所述，随着国内外采用天然斜发沸石同步脱氮除磷研究的逐渐深入，人们主要采用碱改性、或酸改性、或高温焙烧等组合方法，进行脱氮除磷(天津理工大学学报，2016，32(4)：61
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64)。这些文献所报道的吸附剂制备工艺冗长，生产成本较高，不利于大规模工业生产(上海海洋大学学报，2012，21(5)：800
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808。)；同时，现有吸附剂由于表面积较低或吸附容量较小，对于高浓度氮磷废水(铵离子浓度大于5000ppm和磷酸根离子浓度大于1000ppm)，同步脱氮除磷效果较差。

技术实现思路

[0011]针对现有技术中存在的不足之处，本专利技术提供一种基于天然斜发沸石同步脱氮除磷吸附剂材料的制备方法及应用，该吸附剂材料对于高浓度氮磷废水能够同步脱氮除磷，生产工艺简单，成本低，具有实际应用价值。
[0012]本专利技术公开了一种基于天然斜发沸石同步脱氮除磷吸附剂材料的制备方法，包括：
[0013]步骤1、将天然斜发沸石粉碎至粒径为5
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10mm的颗粒，常温下用水浸泡，并置于超声波震荡0.5
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1h；
[0014]步骤2、在步骤1的超声波震荡体系中，加入含有有机改性剂的水溶液后继续超声波震荡0.5
‑
1h；
[0015]步骤3、过滤得到吸附剂材料。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，在步骤1中，
[0017]天然斜发沸石颗粒与水的固液质量比为1:10。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，在步骤2中，
[0019]含有有机改性剂的水溶液的浓度为3.0
‑
5.0mol/L，加入含有有机改性剂的水溶液后的固液质量比为1:(20
‑
100)。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于天然斜发沸石同步脱氮除磷吸附剂材料的制备方法，其特征在于，包括：步骤1、将天然斜发沸石粉碎至粒径为5
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10mm的颗粒，常温下用水浸泡，并置于超声波震荡0.5
‑
1h；步骤2、在步骤1的超声波震荡体系中，加入含有有机改性剂的水溶液后继续超声波震荡0.5
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1h；步骤3、过滤得到吸附剂材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤1中，天然斜发沸石颗粒与水的固液质量比为1:10。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤2中，含有有机改性剂的水溶液的浓度为3.0
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5.0mol/L，加入含有有机改性剂的水溶液后的固液质量比为1:(20
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100)。4.如权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，在步骤2中，所述有机改性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵、四甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵和双十烷基二甲基溴化铵中的一种。...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙继红，陈雪，李业宏，郑乐辰，李泽凯，李嘉豪，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：