一種利用膨潤土制備水體除磷吸附劑的方法技術

本發(fā)明專利技術公開了一種利用膨潤土制備水體除磷吸附劑的方法，包括：1）天然膨潤土的篩選和2）酸改性膨潤土的制備，最終獲得酸改性膨潤土樣品，即為水體除磷吸附劑。本發(fā)明專利技術的利用膨潤土制備水體除磷吸附劑的方法，鹽酸改性明顯提高了膨潤土對磷的吸附性能，隨著酸用量的增加，改性后膨潤土對磷的吸附能力呈逐漸增加趨勢。當鹽酸用量為9%時，酸改性膨潤土對磷的吸附效果較為理想，對磷的吸附量分別為0.46?mg/g，經(jīng)吸附后殘留溶液中磷濃度為10.9?mg/L。該水體除磷吸附劑將在畜禽廢水磷吸附中的具有廣泛的應用。

Method for preparing phosphorus removal adsorbent for water body by using bentonite

The invention discloses a preparation method of water removal sorbent using bentonite system includes: 1) screening of natural bentonite and 2) acid modified bentonite preparation, finally obtain acid modified bentonite samples, namely water phosphorus adsorbent. The invention uses bentonite preparation method of water phosphorus adsorbent, hydrochloric acid modification can obviously improve the adsorption properties of bentonite to phosphorus, with the increase of the dosage of acid, the modified bentonite adsorption capacity of phosphorus increased gradually. When the amount of hydrochloric acid is 9%, acid modified bentonite adsorption effect to phosphorus is ideal, the adsorption capacity of phosphate was 0.46 mg/g respectively, the adsorption of phosphorus in the residual solution concentration of 10.9 mg/L. The phosphorus removal adsorbent for water bodies will be widely used in the phosphorus absorption of livestock wastewater.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種利用膨潤土制備水體除磷吸附劑的方法
本專利技術屬于環(huán)境污染物吸附材料
，具體涉及一種利用膨潤土制備水體除磷吸附劑的方法。
技術介紹
環(huán)境礦物材料的改性，是礦物材料深加工的主要方式之一，通過改性，可改變環(huán)境礦物材料的離子交換種類和可交換性，改變礦物結構內(nèi)部空隙率和膨脹性，改善礦物的吸附性與其他各種物理化學性能。目前，對環(huán)境礦物材料的改性類型多種多樣，可分為物理改性、化學表面改性、納米環(huán)境礦物粉體表面改性，其中常用的有：酸改性、熱改性和有機/無機柱撐等。天然礦物往往存在許多不足，因此在實際運用中要對其進行改性，以提高其對磷的吸附性能。如：作為膨潤土中的主含礦物蒙脫石在水介質中分散后，一部分在表面雙電層作用下開始分離，另一部分則因可交換性Ca2+、Mg2+的存在而成集合體團聚態(tài)，所以未經(jīng)處理的膨潤土處理廢水的效果欠佳，不能滿足使用需求。
技術實現(xiàn)思路
專利技術目的：針對現(xiàn)有技術中存在的不足，本專利技術的目的是提供一種利用膨潤土制備水體除磷吸附劑的方法，采用鹽酸處理天然膨潤土材料，通過改變礦物特性提高其對磷污染水體的吸附凈化性能。技術方案：為了實現(xiàn)上述專利技術目的，本專利技術采用的技術方案如下：一種利用膨潤土制備水體除磷吸附劑的方法，包括以下步驟：1)天然膨潤土的篩選：稱取不同膨潤土礦物材料于離心管中，在20±1℃的恒溫條件下，加入含磷濃度模擬廢水；震蕩1-4h，靜置12-36h，離心分離上清液，測定磷的含量，根據(jù)濃度的變化，計算其吸附磷素的數(shù)量，篩選出磷吸附容量較高的膨潤土；2)酸改性膨潤土的制備：向步驟1)篩選出的磷吸附容量較高的膨潤土中加入鹽酸溶液，在60-80℃下恒溫攪拌1-4h，冷卻后離心，用蒸餾水洗滌固體沉積物，洗滌至無Cl-存在，制得的固體樣品于60-105℃烘干，過100目篩，得酸改性膨潤土樣品，即為水體除磷吸附劑。步驟1)中，稱取不同膨潤土礦物材料0.5g于150mL離心管中。步驟1)中，模擬廢水中磷濃度為50mg/L。步驟1)中，180r/min震蕩1-4h，靜置12-36h，4000r/min離心10min，分離上清液。步驟2)中，鹽酸溶液的濃度為9％。所述利用膨潤土制備水體除磷吸附劑的方法制備獲得的水體除磷吸附劑。所述水體除磷吸附劑在畜禽廢水磷吸附中的應用。有益效果：與現(xiàn)有技術相比，本專利技術的利用膨潤土制備水體除磷吸附劑的方法，鹽酸改性明顯提高了膨潤土對磷的吸附性能，隨著酸用量的增加，改性后膨潤土對磷的吸附能力呈逐漸增加趨勢。當鹽酸用量為9％時，酸改性膨潤土對磷的吸附效果較為理想，對磷的吸附量分別為0.46mg/g，經(jīng)吸附后殘留溶液中磷濃度為10.9mg/L。附圖說明圖1是天然膨潤土的磷吸附能力比較結果圖；圖2是酸改性膨潤土對磷的吸附容量的結果圖；圖3是酸改性膨潤土凈化水體后的殘留磷濃度的結果圖；圖4是天然與酸改性膨潤土對磷的等溫吸附線的結果圖；圖5是天然與酸改性膨潤土對磷的吸附動力學曲線的結果圖。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術做進一步的說明。實施例1畜禽廢水磷吸附材料的制備1)天然膨潤土的篩選：供試膨潤土有2種，分別來自江蘇南京(BN-1)和新疆奎屯(BN-2)。準確稱取將2種不同膨潤土礦物材料0.5g于150mL離心管中，在恒溫(20±1)℃條件下，加入50mL磷濃度為50mg/L的模擬廢水，180r/min震蕩1h，靜置24h，4000r/min離心10min，分離上清液，測定磷的含量，根據(jù)濃度的變化，計算其吸附磷素的數(shù)量，篩選出磷吸附容量較高的膨潤土作為下一步操作材料。結果如圖1所示，來自江蘇南京的天然膨潤土(BN-1)明顯強于新疆奎屯(BN-2)，因此選定BN-1作為后續(xù)材料。2)不同酸濃度改性膨潤土的制備：取30g膨潤土于圓底燒瓶中，分別加入250mL不同濃度(體積分數(shù)為1％、3％、9％)的鹽酸溶液，在70℃下恒溫攪拌2h，冷卻后離心，用蒸餾水洗滌固體沉積物，洗滌至無Cl-存在(用AgNO3溶液檢驗)，制得的固體樣品于105℃烘干，過100目篩，得酸改性膨潤土樣品。3)測定天然與酸改性膨潤土的化學組成(質量百分比)、礦物組分變化和比表面積變化(m2/g)。表1天然與酸改性膨潤土的數(shù)據(jù)對比結果如表1所示，酸改性對膨潤土的化學組成和礦物組分基本無影響，因而酸改性樣品對磷吸附量的提高，并非為鹽酸改變了環(huán)境礦物材料的化學組成所致。而酸化前后膨潤土表面積的變化數(shù)據(jù)表明，9％的酸活化作用明顯提高了膨潤土的表面積，以BET表面積進行計算，膨潤土提高了146％。因此，增加礦物表面積的方式是酸改性提高膨潤土對磷的吸附性能的重要原因之一。同時，酸處理過程中還可以將碳酸鈣中的鈣離子釋放出來，從而提高了鈣離子的活性，易形成鈣磷沉淀，增加對磷的去除能力。實施例2準確稱取酸改性樣品0.5g于150mL離心管中，加入25mL磷濃度為20mg/L的模擬廢水溶液。恒溫(20±1)℃條件下，200r/min震蕩24h，4000r/min離心10min，分離上清液，待測磷的濃度。根據(jù)始末濃度的變化，計算其吸附磷素的數(shù)量。結果發(fā)現(xiàn)，隨著酸用量的增加，改性后膨潤土對磷的吸附能力呈逐漸增加趨勢(圖2)?？紤]到鹽酸的消耗成本與實際可操作性，本試驗鹽酸的最高用量為9％(V/V)。當酸用量為9％時，膨潤土對磷的吸附量為0.46mg/g，經(jīng)吸附后殘留溶液中磷濃度為10.9mg/L(圖3)。9％酸改性后膨潤土對磷的吸附性能最佳，吸附量較天然膨潤土提高了1.5倍。實施例3準確稱取9％酸改性后膨潤土樣品及其天然樣品0.5g于150mL離心管中，加入50mL含磷濃度為0、3、6、10、30、50、80、100、120、140、160、180、200、400、600mg/L的模擬廢水溶液。恒溫(20±1)℃振蕩24h，其余步驟同實施例2，繪制磷素等溫吸附曲線。天然膨潤土對磷的吸附隨著溶液中磷的濃度的增加，曲線斜率由大逐漸減小，最終達到平衡，顯示單分子層吸附的特征，可見，隨著膨潤土對磷吸附量的增加，其對磷的吸附親合能力逐漸降低；而酸改性膨潤土隨著磷濃度的增加，曲線斜率起先增加，之后逐漸平緩，后期開始緩慢增加并最終達到平衡，在達到平衡后再次增強，顯示出多分子層吸附特征。在磷初始濃度分別為600mg/L時，天然和酸改性膨潤土對磷的飽和吸附量分別約為0.49mg/g和1.57mg/g，表明經(jīng)酸改性后膨潤土對磷的飽和吸附量有較大程度的提高，提高了2.2倍(圖4)。實施例4準確稱取9％酸改性后膨潤土樣品及其天然樣品0.5g于150mL離心管中，加入50mL磷濃度為20mg/L的模擬廢水溶液。恒溫(20±1)℃條件下，200r/min分別震蕩0、20min、40min、1h、2h、4h、6h、8h、16h、24h，其余步驟同實施例2，繪制磷素吸附動力曲線。天然與9％酸改性膨潤土起始階段隨著反應時間的延長，對磷的吸附量隨之增加，但增加的速度逐漸降低，最后達到平衡。天然膨潤土與酸改性膨潤土反應速率均較快，進行到1h時已趨于平衡，吸附量分別為0.21mg/g和0.47mg/g(圖5)。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種利用膨潤土制備水體除磷吸附劑的方法，其特征在于，包括以下步驟：1）天然膨潤土的篩選：稱取不同膨潤土礦物材料于離心管中，在20?±1℃的恒溫條件下，加入含磷濃度模擬廢水；震蕩1?4?h，靜置12?36?h，離心分離上清液，測定磷的含量，根據(jù)濃度的變化，計算其吸附磷素的數(shù)量，篩選出磷吸附容量較高的膨潤土；2）酸改性膨潤土的制備：向步驟1）篩選出的磷吸附容量較高的膨潤土中加入鹽酸溶液，在60?80?℃下恒溫攪拌1?4?h，冷卻后離心，用蒸餾水洗滌固體沉積物，洗滌至無Cl

【技術特征摘要】
2017.02.10 CN 20171007370071.一種利用膨潤土制備水體除磷吸附劑的方法，其特征在于，包括以下步驟：1）天然膨潤土的篩選：稱取不同膨潤土礦物材料于離心管中，在20±1℃的恒溫條件下，加入含磷濃度模擬廢水；震蕩1-4h，靜置12-36h，離心分離上清液，測定磷的含量，根據(jù)濃度的變化，計算其吸附磷素的數(shù)量，篩選出磷吸附容量較高的膨潤土；2）酸改性膨潤土的制備：向步驟1）篩選出的磷吸附容量較高的膨潤土中加入鹽酸溶液，在60-80℃下恒溫攪拌1-4h，冷卻后離心，用蒸餾水洗滌固體沉積物，洗滌至無Cl-存在，制得的固體樣品于60-105℃烘干，過100目篩，得酸改性膨潤土樣品，即為水體除磷吸附劑。...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：干方群，杭小帥，韓承輝，張曉，唐榮，秦品珠，謝偉芳，程婷，關瑩，
申請(專利權)人：江蘇省環(huán)境科學研究院，江蘇開放大學，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32