一种矿物型除磷剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种矿物型除磷剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将膨润土、沸石、石膏按比例混合研磨，过100目筛，得到矿物混合原料；(2)将步骤(1)的矿物混合原料和硫酸亚铁加入至水或硫酸溶液中搅拌混合均匀，陈化12～48小时得到前驱体；(3)将步骤(2)制备得到所述前驱体进行干燥，干燥后的所述前驱体中加入氯酸盐，研磨后即得到所述矿物型除磷剂。磨后即得到所述矿物型除磷剂。磨后即得到所述矿物型除磷剂。

【技术实现步骤摘要】
一种矿物型除磷剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于非金属矿物材料
，涉及水处理
，具体涉及一种矿物型除磷剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]我国湖泊中水体富养化非常严重，氮和磷是引起水体富营养化的关键因子。其中，磷主要来自废水中的磷酸盐，是造成水体污染、发黑发臭、湖泊富营养化的主要原因。当前，对于污水中磷的去除目前水体除磷的方法主要有强化曝气、混凝沉淀、化学沉淀、吸附等物理化学方法，针对不同的废水来源应采用不同的除磷技术。现有技术中，污水除磷主要是采用生物法，通过好氧细菌对磷进行硝化分解和吸收，这种方法只能去除污水中的磷但并不能回收。
[0003]但是，磷在我国是短缺资源，如何将水体中的磷回收，将其资源化利用是目前研究的重点。吸附法是去除和回收磷酸盐一种简便可靠的办法，即使用具有吸附作用的材料将磷从水体中提取出来。采取吸附法中吸附剂的选择是决定污水中磷去除效率的重要依据。目前常用的吸附剂主要包括土壤、炉渣、沸石、活性炭等及一些新型的吸附剂，如膨润土、蛭石、凹凸棒石等粘土矿物。然而，由于天然粘土矿物在水体中分散程度高及晶体中的钙离子、镁离子等可交换性阳离子的存在而容易形成团聚体等原因，对污水水体中磷的去除效果较差。
[0004]以膨润土为例，膨润土是一种以蒙脱石为主要成分的粘土矿物，主要的矿物化学成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等，其晶体结构具有较大的比表面积，使膨润土具有较高的吸附性能。但是，膨润土的晶胞带有负电荷，彼此同性相排斥，因此难以凝聚成较大颗粒，因此对膨润土进行表面改性，消除表面的负电荷，是制备絮凝剂的重要方法。目前现有的膨润土改性方法，包括盐酸改性、氯化钙无机改性等来提高膨润土对磷的处理效率好，例如中国专利技术专利CN108097205A公开了一种利用膨润土制备污水高效除磷吸附剂的方法，该方法利用膨润土制备污水高效除磷吸附剂的方法，以天然膨润土为原料，用水调成浆状后加入5％的氢氧化钙，混匀，干燥，经过400℃热处理后，制得的吸附剂对磷的理论最大吸附量达19.5mg/g。该水体除磷吸附剂将在农业养殖污水及城市污水处理厂排放污水等污水水体中的磷吸附去除具有广泛应用。但是改性后的吸附剂极易对环境造成二次污染且经处理后磷的排放仍然达不到一级A类水排放标准，不能满足排放需求。
[0005]另一方面，现有技术较为高效的改性方法，是采用稀有金属对膨润土(蒙脱石)进行改性，例如中国专利技术专利CN111744454A公开了一种复合除磷吸附剂碳酸氧镧负载蒙脱石的制备方法，该方法将蒙脱石溶解在强酸溶液中，搅拌均匀；将酸改性的蒙脱石用去离子水反复洗涤至中性，抽滤；将滤饼烘干，得到改性蒙脱石；按摩尔比称取酸于烧杯中，加入少量去离子水，搅拌均匀；加入定量的改性蒙脱石，加入少量去离子水继续搅拌使其混合均匀；转移到烘箱内，烘干。将前驱体转移到马弗炉内，煅烧。冷却至室温后，研磨均匀，得到复合除磷吸附剂碳酸氧镧负载蒙脱石，可用于含磷废水处理领域。但是，稀有金属成本高，该改
性方法虽然较传统改性方法具有更佳的除磷效果，但是由于成本高，不适宜大面积的推广。
[0006]显然易见，现有技术改性后的材料，或存在成本高，或效率不高，或工艺复杂，或存在二次污染等问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种矿物型除磷剂及其制备方法，其以天然矿物为基材，通过无机复合改性，提高了矿物原料对磷酸根的吸附能力，增强了材料的絮凝作用，同时具有氧化消毒效果，具有绿色、安全、高效等优点，且生产成本低，工艺简单，适宜推广进行大批量的生产。
[0008]为实现上述的目的，本专利技术提供了一种矿物型除磷剂的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将膨润土、沸石、石膏按比例混合研磨，过100目筛，得到矿物混合原料；
[0010](2)将所述矿物混合原料、硫酸亚铁加入水或硫酸溶液中搅拌并混合均匀，陈化12～48小时得到前驱体；
[0011](3)将步骤(2)制备得到所述前驱体进行干燥，干燥后的所述前驱体中加入氯酸盐，研磨后即得到所述矿物型除磷剂。
[0012]进一步地，以质量份计，所述矿物混合原料包括膨润土80
‑
90份，沸石5
‑
15份，石膏5
‑
15份。
[0013]进一步地，所述膨润土中蒙脱石含量≥50％。
[0014]进一步地，步骤(2)中，以质量比计，矿物原料：硫酸亚铁＝100：5～10。
[0015]进一步地，步骤(2)中，以质量比计，矿物原料：硫酸溶液＝100：5～40。
[0016]进一步地，所述硫酸溶液的浓度为25～60wt％。
[0017]进一步地，以质量份计，步骤(3)中，氯酸盐添加量为1～2份。
[0018]进一步地，所述氯酸盐为氯酸钾或氯酸钠。
[0019]进一步地，步骤(3)中，干燥后所述前驱体的含水量为5～10％。
[0020]采用上述的制备方法得到的矿物型除磷剂，以天然矿物为基材，辅以沸石和石膏进行复配，提高了矿物原料对磷酸根的吸附能力，增强了材料的絮凝作用。在处理污水体系时添加量低至万分之一，具有添加量小，使用方便的特点。
[0021]本专利技术专利技术原理：
[0022]本专利技术选用膨润土作为基材，通过添加沸石和石膏作为辅助材料，通过膨润土的塔房式层状结构与沸石和石膏的大孔结构进行结合作用，增强吸附性能。另一方面，在基材中引入硫酸亚铁和氯酸盐，经陈化作用，硫酸亚铁和氯酸盐进入基材中的孔洞中，并均匀分散。在酸性条件的水体中硫酸亚铁被氯酸盐引发原位合成聚合硫酸铁(PFS)，提供高活性的质子化羟基，从而大大提高对磷酸根的捕获作用。
[0023]反应机理：
[0024]6FeSO4+KClO3+3(1
‑
n/2)H2SO4→
3[Fe2(OH)
n
(SO4)3‑
n/2
]+3(1
‑
n)H2O+KCl
[0025]聚合硫酸铁(简称聚铁，符号PFS)又名为羟基硫酸铁。聚合硫酸铁作为一种新型无机高分子絮凝剂，水解后可产生多种高价和多核离子，对水中悬浮胶体颗粒进行电性中和，降低电位，促使离子相互凝聚，同时产生吸附、架桥交联等。聚合硫酸铁的絮凝机理主要是利用它在水解过程中产生的多核配合物对污水中的溶胶的强烈吸附，通过粘结、架桥、交联
等促进微粒聚集而产生絮凝，降低水体的浊度、色度，去除磷、多种高分子物质、有机物等。
[0026]本专利技术制备得到的矿物型除磷剂，采用膨润土、沸石和石膏作为复合基材，引入硫酸亚铁，并通过添加氯酸盐作为氧化剂，使用时矿物型除磷剂进行原位合成生成聚合硫酸铁絮凝剂，使膨润土
‑
聚合硫酸铁产生协同效应，增强除磷剂吸附性能。
[0027]参阅图1，将膨润土、沸石和石膏与硫酸亚铁、氯酸盐混合陈化后，得到矿物型除磷剂。硫酸亚铁、氯酸盐均匀分散于矿物基材的孔道内。矿物型除磷剂在加入至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿物型除磷剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将膨润土、沸石、石膏按比例混合研磨，过100目筛，得到矿物混合原料；(2)将所述矿物混合原料、硫酸亚铁加入水或硫酸溶液中搅拌并混合均匀，陈化12～48小时得到前驱体；(3)将步骤(2)制备得到所述前驱体进行干燥，干燥后的所述前驱体中加入氯酸盐，研磨后即得到所述矿物型除磷剂。2.如权利要求1所述的矿物型除磷剂的制备方法，其特征在于，以质量份计，所述矿物混合原料包括膨润土80
‑
90份，沸石5
‑
15份，石膏5
‑
15份。3.如权利要求2所述的矿物型除磷剂的制备方法，其特征在于，所述膨润土中蒙脱石含量≥50％。4.如权利要求1所述的矿物型除磷剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，以质...

【专利技术属性】
技术研发人员：张韬，贺洋，孔建军，于阳辉，张明，
申请(专利权)人：苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：