CN101992068A - 一种氮磷吸附剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氮磷吸附剂。吸附剂原料的质量份数为：烯类单体100份、凹凸棒黏土80-200份、辅助原料5-20份、引发剂0.05-4.0份、交联剂0.05-6.0份。本发明在反应过程中即形成颗粒状产品，制备过程和后处理过程简单，无二次污染。该吸附剂主要用于湖泊富营养水的处理，也可用于生活废水、食品废水和畜牧业废水等水体的净化处理。

Description

一种氮磷吸附剂

技术领域

本发明涉及环保水处理领域，具体涉及一种氮磷吸附剂。

背景技术

随着我国工业进步和社会发展，水污染亦日趋严重，成了环境治理的难题。据环境部门监测，全国城镇每天至少有1亿吨污水未经处理直接排入水体。全国七大水系中一半以上河段水质受到污染，全国1/3的水体不适于鱼类生存，1/4的水体不适于灌溉，90％的城市水域污染严重，50％的城镇水源不符合饮用水标准。随着经济的不断发展，这些统计数据还在继续加大。

水污染主要由人类活动产生的污染物而造成的，它包括工业污染源，农业污染源和生活污染源三大部分。工业废水为水域的重要污染源，具有量大、面广、成分复杂、毒性大、不易净化、难处理等特点。农业污染源包括牲畜粪便、农药、化肥等。我国是世界上水土流失最严重的国家之一，每年地表土流失量约50亿吨，致使大量农药、化肥随地表土流入江、河、湖、库，随之流失的氮、磷、钾营养元素，使2/3的湖泊受到不同程度富营养化污染的危害，造成藻类以及其他生物异常繁殖，引起水体透明度和溶解氧的变化，从而致使水质恶化。生活污染源主要是城市生活中使用的各种洗涤剂和污水、垃圾、粪便等，多为无毒的无机盐类，生活污水中含氮、磷、硫多，致病细菌多。

氮和磷作为无机营养物质，是引起水体污染和富营养化的主要物质。因此，有效去除污水中的氮和磷，对保护水环境具有重要意义。目前国内外报道的除氮磷方法主要有化学法、沉淀法、生化法和吸附法。在这些方法中，吸附技术因具有方便快捷、高效等特点，越来越多引起人们的关注。吸附技术的核心是选择合适的吸附材料。活性炭是最常用的水处理吸附剂，但其价格昂贵，分离困难，再生条件苛刻，且吸附效果不理想。近年来，利用分子筛或廉价的黏土对含氮磷废水进行吸附处理也有报道，但吸附时间长，吸附容量低。

有机无机复合吸附剂是近年来新的发展方向，由于复合吸附剂中有亲水性功能性基团，对污染物有快速响应能力和高的吸附量。在复合吸附剂引入黏土类物质，可进一步降低产品成本。因此，利用分散聚合技术，经适度交联处理，可得到颗粒状的凹凸棒黏土基复合吸附剂。该类吸附剂对氮磷具有较高的吸附容量和较快的吸附/脱附速率，无疑在高氮磷水体中具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对一般吸附剂去除氮磷能力有限和脱附速率慢等不足，提供一种吸附速度快、吸附容量大、再生简单、且可回收再利用的氮磷吸附剂。

本发明通过以下措施来实现：

采用廉价的凹凸棒黏土以及烯类单体作为吸附剂的主要组分，通过引发聚合和交联形成网络结构，一步得到颗粒状氮磷吸附剂。

一种氮磷吸附剂，其特征在于吸附剂原料的质量份数为：烯类单体100份、凹凸棒黏土80-200份、辅助原料5-20份、引发剂0.05-4.0份、交联剂0.05-6.0份；辅助原料为壳聚糖、腐殖酸、聚乙烯醇中一种或几种组合；引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾；交联剂为N，N′-亚甲基双丙烯酰胺以及硫酸铝钾中一种或二种；制备方法是将凹凸棒黏土或者经过改性处理的凹凸棒黏土悬浮在醇的水溶液中，然后加入辅助原料、烯类单体、引发剂和交联剂，升温至60-90℃反应3-5小时，出料、经过交联处理、干燥后包装。

本发明所述的烯类单体为丙烯酸、衣康酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、苯乙烯、磺化苯乙烯、二甲基二烯丙基氯化铵中的一种或几种组合。丙烯酸、衣康酸和甲基丙烯酸可以与黏土发生接枝共聚反应，适度引入甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸羟丙酯等单体，有利于形成颗粒状产物。

本发明凹凸棒黏土的粒径为0.05mm以下，凹凸棒黏土改性可以用硫酸、氯化铁、十六烷基三甲基溴化铵中的一种来处理。凹凸棒黏土经改性处理后，可以进一步提高接枝共聚效率，形成规整的网络结构，有利于对污染物的吸附。

本发明的壳聚糖、腐殖酸和聚乙烯醇是天然高分子，一方面其功能基团有利于增强吸附，另一方面可起到分散聚合作用，形成颗粒均一的粒状产物。

本发明醇的水溶液中，醇的质量分数为5-50％。

本发明醇的水溶液中，醇为甲醇、乙醇、异丙醇以及正丁醇中一种。

本发明交联处理使用的物质为氯化钙或氯化铝。采用氯化钙或氯化铝对产物进行处理，可以进一步增强颗粒的强度，有利于重复再使用。

吸附剂形成的网络结构对氮磷有高吸附，同时又是一种弱的结合，通过稀碱溶液解吸附，可进行再使用。

本发明在反应过程中即形成颗粒状产品，制备过程和后处理过程简单，无二次污染。该吸附剂主要用于湖泊富营养水的处理，也可用于生活废水、食品废水和畜牧业废水等水体的净化处理。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：①该复合吸附剂中含50％以上凹凸棒黏土，因此产品成本较低。②该复合吸附剂在氮磷溶液中仅溶胀而不溶解，可减小吸附剂吸附过程中的传质阻力，使吸附体系很快达到吸附平衡，对氮的吸附在3～5 min内即达平衡。③在相同条件下，该复合吸附剂的吸附容量是黏土和活性炭的3-5倍。④该复合吸附剂可在4-8的pH范围内使用。⑤该复合吸附剂能够在室温下利用碱溶液洗脱进行再生，具备良好的反复使用性能。⑥采用太湖水实际试验表明，该复合吸附剂吸附氮磷时不受水温的影响。

具体实施方式

本发明吸附容量的测定方法如下：将0.05克吸附剂加入到25mL含氮(或磷)溶液中，室温振荡30分钟(对磷2小时)后，采用纳氏试剂和钼锑抗(钼酸铵，酒石酸锑钾，抗坏血酸))分别作氮和磷测定时的显色剂，依下式计算吸附容量。

$Q=\frac{C_0{V}_0-C_e{V}_e}{m}$

其中，Q为吸附容量(mg/g)；C₀为吸附前氮或磷浓度(mg/L)；C_e为吸附后氮或磷浓度(mg/L)；V₀和V_e分别为吸附前、后溶液体积(mL)；m为吸附剂干重(mg)。

实施例1：

将100克凹凸棒黏土在室温下用1000 mL 1mol/L氯化铁溶液搅拌2小时后，加入2克壳聚糖，待溶解后加入含衣康酸80克和丙烯酸20克的水溶液，再加入200 mL乙醇的水溶液，搅拌均匀后加入N，N′-亚甲基双丙烯酰胺0.5克，搅拌30分钟后加入过硫酸铵0.2克。升温至70℃保持3小时。反应完成后用氯化铝进行交联处理，过滤后于70℃下烘至恒重包装。

实施例2：

将80克凹凸棒黏土在室温下用800 mL0.1mol/L硫酸溶液搅拌2小时后，加入2克聚乙烯醇，升温待溶解后加入含甲基丙烯酸20克和丙烯酸80克的水溶液，再加入250 mL乙醇的水溶液，搅拌均匀后加入N，N′-亚甲基双丙烯酰胺1克，搅拌30分钟后加入过硫酸铵3克。升温至70℃保持3小时。反应完成后用氯化钙进行交联处理，过滤后于70℃下烘至恒重包装。

实施例3：

将120克凹凸棒黏土在室温下用900 mL 2.5克十六烷基三甲基溴化铵溶液搅拌2小时后，加入3克腐殖酸，待搅拌均匀后加入含甲基丙烯酸甲酯10克和丙烯酸80克的水溶液，再加入250 mL异丙醇的水溶液，搅拌均匀后加入N，N′-亚甲基双丙烯酰胺2克，搅拌30分钟后加入过硫酸钾5克。升温至70℃保持3小时。反应完成后用氯化钙进行交联处理，过滤后于70℃下烘至恒重包装。

实施例4：

将120克凹凸棒黏土在室温下用900 mL自来水搅拌2小时后，加入5克壳聚糖，待搅拌均匀后加入含苯乙烯10克和丙烯酸80克的水溶液，再加入250 mL甲醇的水溶液，搅拌均匀后加入N，N′-亚甲基双丙烯酰胺0.5克，搅拌30分钟后加入过硫酸钾4克。升温至70℃保持3小时。反应完成后用氯化钙进行交联处理，过滤后于70 ℃下烘至恒重包装。

Claims (6)

1.一种氮磷吸附剂，其特征在于吸附剂原料的质量份数为：烯类单体100份、凹凸棒黏土80-200份、辅助原料5-20份、引发剂0.05-4.0份、交联剂0.05-6.0份；辅助原料为壳聚糖、腐殖酸、聚乙烯醇中一种或几种组合；引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾；交联剂为N，N′-亚甲基双丙烯酰胺以及硫酸铝钾中一种或二种；制备方法是将凹凸棒黏土或者经过改性处理的凹凸棒黏土悬浮在醇的水溶液中，然后加入辅助原料、烯类单体、引发剂和交联剂，升温至60-90℃反应3-5小时，出料、经过交联处理、干燥后包装。

2.如权利要求1所述的吸附剂，其特征在于烯类单体为丙烯酸、衣康酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、苯乙烯、磺化苯乙烯、二甲基二烯丙基氯化铵中的一种或几种组合。

3.如权利要求1所述的吸附剂，其特征在于凹凸棒黏土的粒径为0.05mm以下，凹凸棒黏土改性用硫酸、氯化铁、十六烷基三甲基溴化铵中的一种来处理。

4.如权利要求1所述的吸附剂，其特征在于醇的水溶液中，醇的质量分数为5-50％。

5.如权利要求1或4所述的吸附剂，其特征在于醇为甲醇、乙醇、异丙醇以及正丁醇中一种。

6.如权利要求1所述的吸附剂，其特征在于交联处理使用的物质为氯化钙或氯化铝。