CN106311129B - 一种沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料的制备方法与应用 - Google Patents

一种沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料的制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料的制备方法与应用，所述材料首创性地以湖泊沉积物为基本原料，经焙烧和碱性水洗后再与高岭土混合，所得混合粉体再经铁盐改性后添加造孔剂造粒并焙烧成型，从而制得一种兼具较低EPC0值和较高Qmax值的沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料。本发明的材料可有效削减沉积物间隙水磷酸盐浓度，抑制沉积物‑水界面磷酸盐释放，由于材料本身磷酸盐的解吸能力较弱，且吸附容量较大，因此本发明所述材料能够真正实现对沉积物‑水界面磷释放的有效阻控。并且本发明的材料取材廉价，社会经济效益好，安全性高，对湖泊水体没有生态风险，节能环保，在应用过程中对滇池不同湖区沉积物‑水界面磷释放控制效果显著。

Description

一种沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料的制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料的制备方法与应用，属于水环境污染控制领域。
背景技术
近30多年来，由于社会经济的发展和人类活动的影响，大量的外源污染物进入湖泊并富集于沉积物中，使我国多数湖泊底质遭受严重污染。调查结果表明，许多湖泊尤其是城市湖泊的底质污染惊人，如太湖、滇池、巢湖等许多水域沉积物中总磷含量高达3000-4000mg/kg。沉积物不仅是地表水体污染物的重要归宿和蓄积库，而且还是上覆水污染的重要内源，这是因为沉积物与上覆水之间存在着沉降吸附和解吸释放的动态平衡过程，水体中的磷浓度很大程度上取决于这种动态平衡的移动，也就是说，沉积物磷迁移及释放取决于柱状沉积物垂直或水平方向上相邻两层之间间隙水的浓度梯度。在同一垂直剖面，当上层沉积物间隙水磷浓度高于下层时，沉积物中磷酸盐由高浓度区间向低浓度区间垂直扩散，形成了磷酸盐由表层沉积物向底层沉积物迁移的趋势。相反，当下层沉积物间隙水磷浓度高于上层时，磷酸盐则由底层沉积物向表层沉积物迁移。通常情况下，沉积物间隙水磷酸盐浓度高于上覆水磷酸盐浓度，一般认为，水体中磷的浓度达到0.02mg/L时便可能导致水体富营养化。因此，有效削减沉积物间隙水磷酸盐浓度，控制沉积物磷酸盐向上覆水扩散是富营养化湖泊内源释放控制的重要内容。
对富营养化水质的改善及修复多集中于减少外源负荷，而沉积物中磷的释放即内源磷释放却会延缓或抵消上述措施的实际效应，所以在外部污染源得到有效控制的前提下，沉积物内源释放的研究成为治理水体污染的关键。原位覆盖技术是当前控制内源释放的有效措施之一，因其对内源污染控制效果好且对水体生态环境影响较小而受到了广泛关注。原位覆盖技术的核心是覆盖材料的选择，目前使用较多的覆盖材料有未污染的底泥、清洁河沙、砾石、钙质膨润土、灰渣、人工沸石、水泥，还有诸如方解石、粉煤灰、土工织物或一些复杂的人造地基材料等。例如，中国专利文献CN102775030A公开了一种以净水污泥作为覆盖材料的方法，该方法通过将脱水后的净水污泥干燥、碾碎、过筛，再于500-600℃的温度下灼烧，得到再生的净水污泥。该技术通过将再生的净水污泥覆盖在待修复水体的污染底泥上面，使得污染底泥与上覆水物理性隔开，一方面抑制了污染底泥内源污染向水体的释放，另一方面净水污泥中含有的以金属氧化物为主的无机颗粒物质还会对水体中的氮磷等污染物质产生吸收，加快了水体中的污染物质向底泥的迁移，在一定程度上能够实现对重污染河道的水体修复。
但上述技术采用自来水厂的净水污泥作为覆盖材料，这一外源物的引入对水体而言存在一定的生态风险，并且由于水体中的磷酸盐浓度远小于净水污泥中的磷酸盐浓度，因而净水污泥中的磷酸盐必然还会向水体迁移，导致上述覆盖材料向其上覆水释放磷的通量大，因而该技术根本不可能有效去除水体中的磷，也即是，现有技术依然无法采用原位覆盖技术真正实现对受污染水体的修复，这对于本领域技术人员而言是一个亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术以净水污泥作为覆盖材料所存在的材料本身生态风险高、磷释放风险大等缺陷，进而提供一种取材廉价、安全性高、实用性强且对沉积物间隙水低浓度磷酸盐具有较强去除效果的沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料的制备方法与应用。
为此，本发明实现上述目的技术方案为：
一种沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料的制备方法，包括：
(1)采集湖泊沉积物，经冷冻干燥，研磨过筛，得沉积物粉体，对所述沉积物粉体依次进行焙烧和碱性水洗处理，而后烘干，得活化沉积物，备用；
(2)将所述活化沉积物与高岭土混合均匀形成混合粉体，备用；
(3)采用铁盐溶液对所述混合粉体进行改性处理，而后烘干，备用；
(4)向步骤(3)改性后的混合粉体中加入造孔剂，混合均匀后再加水浸润，挤压成型，成型料经焙烧后，即得所述沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料。
步骤(1)中的焙烧温度为450-800℃，优选为600℃。
步骤(1)中采用氢氧化钠水溶液进行水洗处理，所述氢氧化钠水溶液的浓度为0.05-0.3mol/L，优选为0.1mol/L。
所述高岭土的用量占所述混合粉体总质量的50-90wt％，优选为50wt％。
所述铁盐溶液为0.20mol·L-1的FeSO4水溶液，所述FeSO4水溶液与所述混合粉体的质量比为100:1。
所述造孔剂的添加量为所述混合粉体总质量的0.2-1.5wt％，优选为0.5wt％；所述造孔剂为玉米芯。
步骤(4)中水的添加量占所述混合粉体质量的5-30wt％，优选为10wt％。
步骤(4)中的焙烧温度为550-800℃，优选为700℃。
所述沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料为具有3-5mm粒径的颗粒。
由上述制备方法制得的沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料作为沉积物原位覆盖材料的用途，所述沉积物间隙水中的磷酸盐浓度为0.02-1.0mg/L。
本发明的上述技术方案具有以下优点：
1、本发明所述的沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料的制备方法，考虑到湖泊沉积物具有双重角色，它既是磷的“汇”又是磷的“源”，由于沉积物的源-汇转换过程难以控制，尤其当水体中的磷酸盐初始浓度较低时，沉积物会表现出对磷的“负吸附”现象，导致使用沉积物作为磷控释材料存在着材料自身所携带的磷酸盐会向上覆水溶出的风险，易于造成水体的二次污染，生态安全性较差，这也正是现有技术无法直接使用湖泊沉积物来制备磷控释材料的原因所在，而为了克服上述缺陷，本发明首次以沉积物与高岭土的混合物为基本原料，经铁盐改性和成型焙烧后，形成一种如图3所示的具有较低吸附-解吸平衡浓度(EPC0)和较高吸附容量(Qmax)的沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料。研究证明，EPC0值与沉积物-水界面溶解性磷酸盐(SRP)含量的相对大小决定了磷酸盐的迁移方向，EPC0值越小，表明由材料向上覆水释放磷的通量也越小，而Qmax值则反映了材料对磷酸盐的吸附容量，Qmax值越大，表明材料对磷酸盐的吸附容量也越大，由此可见，本发明所述的沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料能够真正实现对沉积物-水界面磷释放的有效阻控，由此解决了现有技术中的覆盖材料因一味追求磷吸附量而忽视材料自身磷释放量大所导致的无法有效控制沉积物磷内源污染的问题。
具体地讲，本发明所述的制备方法通过采用高岭土作为沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料的制备原料之一，一方面可利用高岭土中高含量的氧化铝对磷酸盐的吸附量大、固定能力强的特性，大大降低了材料本身的吸附-解吸平衡浓度，提高了吸附容量，从而有利于实现对湖泊沉积物间隙水中低浓度磷酸盐的去除，实现沉积物-水界面磷释放的有效阻控；另一方面利用高岭土自身的粘结性以确保磷释放控制材料的成型；第三方面利用高岭土取材廉价、安全性高、实用性强的特点，可降低磷释放控制材料的生产成本和生态风险。并且，本发明的制备方法还单独对沉积物进行了焙烧处理，这样不仅能够除去沉积物孔隙中的水分及吸附在沉积物上的碳酸盐和有机质，增大了沉积物的孔隙度和比表面积，有利于提高沉积物对磷的吸附能力，而且还能活化沉积物中较难移动的磷，随后沉积物通过发生一定程度的矿物转化使得活化的磷再度被固定，有利于降低沉积物磷的内源释放量；由于焙烧可使沉积物的结构和组成发生变化，增强了吸附能力，但焙烧还会造成沉积物中磷酸盐的移动能力增强，可移动磷中以铁铝氧化态磷为主，因此本发明的制备方法还采用碱性溶液对焙烧后的沉积物进行清洗，从而可有效降低材料中磷酸盐的本底值，进一步提升材料对磷酸盐的去除效果。
此外，本发明的制备方法在材料的成型过程中还添加了造孔剂，以利用造孔剂在焙烧条件下的挥发可使材料形成均匀细小孔状结构的特性，有助于增大材料的比表面积，从而进一步提高本发明控磷材料对磷的吸附容量，如图4a～4d所示，当溶液中初始磷酸盐浓度较低时，材料4对磷酸盐的吸附能力显著高于材料1、2和3，这主要是因为在造孔之前材料的孔径较少，当磷酸盐浓度较低时，反应体系中磷酸盐的扩散能力较弱，较难发挥材料的吸附效果，当添加玉米芯增加了材料的孔隙度后，低浓度的磷酸盐易于渗透进入材料内部，因而即使反应体系中初始磷酸盐浓度较低，本发明的材料对磷酸盐的去除率也依然较高。
2、本发明所述的沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料的制备方法，通过将混合粉体造粒成型为粒径为3-5mm的颗粒，在将本发明的材料铺设于受污染的沉积物表面之后，可有效降低底层水体的应切力及水体流动对沉积物的扰动，进而有利于降低沉积物再悬浮的磷释放。
3、本发明所述的沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料的制备方法，最终制得的材料对磷酸盐的吸附容量最高可达2550mg/Kg；通过将本发明所述的材料铺设于受污染的沉积物表面，能够实现对沉积物-水界面磷释放的有效阻控，沉积物间隙水不同浓度磷酸盐去除率高达92％-98％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式中的描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为材料1～4对磷酸盐的吸附-解吸曲线图；
图2为材料1～4对磷酸盐的吸附等温线图；
图3为材料1～4对磷酸盐的吸附-解吸平衡浓度(EPC0)和吸附容量(Qmax)图；
图4a～4d分别代表材料1～4对沉积物间隙水不同浓度磷酸盐的去除效果图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
下述实施例中的沉积物原料采自滇池24°53′55.31"N和102°40′35.92"E，以滇池沉积物的质量计，所述滇池沉积物的烧失量为20.23wt％，所述滇池沉积物中含有30.07wt％的SiO2、23.93wt％的Al2O3、20.51wt％的Fe2O3、0.32wt％的CaO、0.93wt％的MgO、0.18wt％的Na2O、3.08wt％的K2O和0.75wt％的TiO2；
高岭土购自郑州西德利化工厂；
马弗炉购自德国纳博热马弗炉，型号：L5/11/P330+。
实施例1
本实施例所述的沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料由如下方法制备得到：
(1)采集湖泊沉积物为原料，经冷冻干燥、研磨过筛后，得到粒度不小于100目的沉积物粉体，将所述沉积物粉体置于450℃的马弗炉中焙烧2h，待冷却至室温后采用0.2mol/L的氢氧化钠水溶液进行水洗处理，而后置于鼓风干燥箱内蒸干，得活化沉积物，备用；
(2)取高岭土，经干燥、研磨过筛，得到粒度不小于100目高岭土粉体，将所述活化沉积物和高岭土粉体按比例充分混合形成混合粉体，所述高岭土的用量占混合粉体总质量的75wt％，备用；
(3)利用0.2mol/L的FeSO4水溶液对所述混合粉体进行改性处理，所述FeSO4水溶液与所述混合粉体的质量比为100:1，而后置于鼓风干燥箱内蒸干，取出冷却至室温备用；
(4)向步骤(3)改性后的混合粉体中加入玉米芯，玉米芯的添加量为所述混合粉体总质量的0.2wt％；混合均匀后再加水浸润，水的添加量占所述混合粉体质量的20wt％，而后挤压成颗粒状，成型料于550℃焙烧2h，即制得粒径为3-5mm的沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料。
实施例2
本实施例所述的沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料由如下方法制备得到：
(1)采集湖泊沉积物为原料，经冷冻干燥、研磨过筛后，得到粒度不小于100目的沉积物粉体，将所述沉积物粉体置于550℃的马弗炉中焙烧1h，待冷却至室温后采用0.05mol/L的氢氧化钠水溶液进行水洗处理，而后置于鼓风干燥箱内蒸干，得活化沉积物，备用；
(2)取高岭土，经干燥、研磨过筛，得到粒度不小于100目高岭土粉体，将所述活化沉积物和高岭土粉体按比例充分混合形成混合粉体，所述高岭土的用量占混合粉体总质量的60wt％，备用；
(3)利用0.2mol/L的FeSO4水溶液对所述混合粉体进行改性处理，所述FeSO4水溶液与所述混合粉体的质量比为100:1，而后置于鼓风干燥箱内蒸干，取出冷却至室温备用；
(4)向步骤(3)改性后的混合粉体中加入玉米芯，玉米芯的添加量为所述混合粉体总质量的0.8wt％；混合均匀后再加水浸润，水的添加量占所述混合粉体质量的30wt％，而后挤压成颗粒状，成型料于800℃焙烧2h，即制得粒径为3-4mm的沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料。
实施例3
本实施例所述的沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料由如下方法制备得到：
(1)采集湖泊沉积物为原料，经冷冻干燥、研磨过筛后，得到粒度不小于100目的沉积物粉体，将所述沉积物粉体置于600℃的马弗炉中焙烧2h，待冷却至室温后采用0.1mol/L的氢氧化钠水溶液进行水洗处理，而后置于鼓风干燥箱内蒸干，得活化沉积物，备用；
(2)取高岭土，经干燥、研磨过筛，得到粒度不小于100目高岭土粉体，将所述活化沉积物和高岭土粉体按比例充分混合形成混合粉体，所述高岭土的用量占混合粉体总质量的50wt％，备用；
(3)利用0.2mol/L的FeSO4水溶液对所述混合粉体进行改性处理，所述FeSO4水溶液与所述混合粉体的质量比为100:1，而后置于鼓风干燥箱内蒸干，取出冷却至室温备用；
(4)向步骤(3)改性后的混合粉体中加入玉米芯，玉米芯的添加量为所述混合粉体总质量的0.5wt％；混合均匀后再加水浸润，水的添加量占所述混合粉体质量的10wt％，而后挤压成颗粒状，成型料于700℃焙烧2h，即制得粒径为4-5mm的沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料4。
实施例4
本实施例所述的沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料由如下方法制备得到：
(1)采集湖泊沉积物为原料，经冷冻干燥、研磨过筛后，得到粒度不小于100目的沉积物粉体，将所述沉积物粉体置于800℃的马弗炉中焙烧1h，待冷却至室温后采用0.15mol/L的氢氧化钠水溶液进行水洗处理，而后置于鼓风干燥箱内蒸干，得活化沉积物，备用；
(2)取高岭土，经干燥、研磨过筛，得到粒度不小于100目高岭土粉体，将所述活化沉积物和高岭土粉体按比例充分混合形成混合粉体，所述高岭土的用量占混合粉体总质量的80wt％，备用；
(3)利用0.2mol/L的FeSO4水溶液对所述混合粉体进行改性处理，所述FeSO4水溶液与所述混合粉体的质量比为100:1，而后置于鼓风干燥箱内蒸干，取出冷却至室温备用；
(4)向步骤(3)改性后的混合粉体中加入玉米芯，玉米芯的添加量为所述混合粉体总质量的1.0wt％；混合均匀后再加水浸润，水的添加量占所述混合粉体质量的5wt％，而后挤压成颗粒状，成型料于600℃焙烧1h，即制得粒径为3-5mm的沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料。
实施例5
本实施例所述的沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料由如下方法制备得到：
(1)采集湖泊沉积物为原料，经冷冻干燥、研磨过筛后，得到粒度不小于100目的沉积物粉体，将所述沉积物粉体置于700℃的马弗炉中焙烧1h，待冷却至室温后采用0.3mol/L的氢氧化钠水溶液进行水洗处理，而后置于鼓风干燥箱内蒸干，得活化沉积物，备用；
(2)取高岭土，经干燥、研磨过筛，得到粒度不小于100目高岭土粉体，将所述活化沉积物和高岭土粉体按比例充分混合形成混合粉体，所述高岭土的用量占混合粉体总质量的90wt％，备用；
(3)利用0.2mol/L的FeSO4水溶液对所述混合粉体进行改性处理，所述FeSO4水溶液与所述混合粉体的质量比为100:1，而后置于鼓风干燥箱内蒸干，取出冷却至室温备用；
(4)向步骤(3)改性后的混合粉体中加入玉米芯，玉米芯的添加量为所述混合粉体总质量的1.0wt％；混合均匀后再加水浸润，水的添加量占所述混合粉体质量的15wt％，而后挤压成颗粒状，成型料于650℃焙烧3h，即制得粒径为3-4mm的沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料。
实施例6
本实施例所述的沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料由如下方法制备得到：
(1)采集湖泊沉积物为原料，经冷冻干燥、研磨过筛后，得到粒度不小于100目的沉积物粉体，将所述沉积物粉体置于650℃的马弗炉中焙烧1h，待冷却至室温后采用0.25mol/L的氢氧化钠水溶液进行水洗处理，而后置于鼓风干燥箱内蒸干，得活化沉积物，备用；
(2)取高岭土，经干燥、研磨过筛，得到粒度不小于100目高岭土粉体，将所述活化沉积物和高岭土粉体按比例充分混合形成混合粉体，所述高岭土的用量占混合粉体总质量的50wt％，备用；
(3)利用0.2mol/L的FeSO4水溶液对所述混合粉体进行改性处理，所述FeSO4水溶液与所述混合粉体的质量比为100:1，而后置于鼓风干燥箱内蒸干，取出冷却至室温备用；
(4)向步骤(3)改性后的混合粉体中加入玉米芯，玉米芯的添加量为所述混合粉体总质量的0.6wt％；混合均匀后再加水浸润，水的添加量占所述混合粉体质量的10wt％，而后挤压成颗粒状，成型料于750℃焙烧3h，即制得粒径为3-5mm的沉积物间隙水磷酸盐高效去除材料。
对比例1
采集湖泊沉积物为原料，经冷冻干燥、研磨过筛后，得到粒度不小于100目的沉积物粉体，将所述沉积物粉体置于600℃的马弗炉中焙烧2h，即制得材料1。
对比例2
(1)采集湖泊沉积物为原料，经冷冻干燥、研磨过筛后，得到粒度不小于100目的沉积物粉体，备用；
(2)取高岭土，经干燥、研磨过筛，得到粒度不小于100目高岭土粉体，将所述沉积物粉体和高岭土粉体按比例充分混合形成混合粉体，所述高岭土的用量占混合粉体总质量的50wt％，备用；
(3)将所述混合粉体加水浸润，水的添加量占所述混合粉体质量的10wt％，而后挤压成颗粒状，成型料于700℃焙烧2h，即制得材料2。
对比例3
采集湖泊沉积物为原料，经冷冻干燥、研磨过筛后，得到粒度不小于100目的沉积物粉体，将所述沉积物粉体置于600℃的马弗炉中焙烧2h，待冷却至室温后采用0.1mol/L的氢氧化钠水溶液进行水洗处理，而后置于鼓风干燥箱内蒸干，得材料3。
实验例
本发明分别设置了材料1～4对磷酸盐的吸附-解吸实验和吸附热力学实验，同时通过模拟沉积物间隙水浓度以考察材料1～4对沉积物间隙水不同浓度磷酸盐的去除效果。
1、吸附-解吸实验
配置接近于湖泊自然条件下沉积物间隙水磷浓度范围为0～1.0mg/L(即分别设置为0、0.02、0.05、0.10、0.20、0.30、0.50和1.0mg/L)的水样；称取材料干样0.5g于100mL离心管中，分别加入50mL上述不同浓度的水样溶液，在25℃环境下振荡24h(200rpm)至吸附平衡；取出离心管，在5000rpm下离心15min，取上清液由0.45μm滤膜抽滤得滤液，测定SRP浓度；取适量滤液于25mL比色管中，用蒸馏水定容至25mL，加入0.5mL的10％抗坏血酸，摇匀，30s后加入1mL钼酸盐溶液充分混匀，显色15min，以超纯水作参比，在700nm波长下比色，测定溶液中磷浓度。
通过实验数据计算，获得如图1所示的材料1～4对磷酸盐的吸附-解吸曲线；再利用线性分配模型拟合运算，获得材料1～4对磷酸盐的吸附-解吸平衡浓度，见图3，其中，线性方程如下：
Q＝b+KdC
EPC0＝(-b)/Kd
上式中，Q为材料对磷酸盐的平衡吸附量，mg/kg；C为平衡溶液浓度，mg/L；EPC0为吸附-解吸平衡浓度，Kd为线性分配系数。
从图3中可以看出，EPC0表现为材料1<材料2<材料3<材料4，也即是，沉积物经600℃焙烧后所得的材料的EPC0最大，为0.027mg/L；沉积物与高岭土按质量比1:1混合并于700℃焙烧后所形成的材料的EPC0为0.012mg/L，比沉积物经600℃焙烧后所得的材料改善了1.3倍；沉积物依次经600℃焙烧及0.1mol/L NaOH水溶液清洗后所形成的材料的EPC0为0.0037mg/L，比沉积物经600℃焙烧后所得的材料改善了6.4倍，本发明实施例3制得的材料4的EPC0为0.0016mg/L，比沉积物经600℃焙烧后所得的材料改善了16.6倍。由此可见，根据本发明所述方法制得的材料具有较小的EPC0值。
2、吸附热力学实验
受试溶液的磷酸盐浓度范围为0～15mg/L(即分别设置为0、0.5、1.0、2.0、5.0、8.0和15.0mg/L)；称取材料干样0.5g于100mL离心管中，分别加入50mL不同浓度系列的KH2PO4溶液，在25℃环境下振荡24h(200rpm)至吸附平衡；取出离心管，在5000rpm下离心15min，取上清液由0.45μm滤膜抽滤得滤液，测定SRP浓度；取适量滤液于25mL比色管中，用蒸馏水定容至25mL，加入0.5mL的10％抗坏血酸，摇匀，30s后加入1mL钼酸盐溶液充分混匀，显色15min，以超纯水作参比，在700nm波长下比色，测定溶液中磷浓度。
通过实验数据计算，获得如图2所示的材料1～4对磷酸盐的吸附等温线；再利用Langmuir模型拟合运算，获得材料1～4对磷酸盐的吸附容量，见图3，其中，Langmuir模型方程如下：
Q＝Qmax×C/(Kd+C)
式中：Q为样品氨氮平衡吸附量，mg/kg；Qmax最大吸附量，mg/kg；C为平衡溶液氨氮浓度，mg/L。
从图3中可以看出，Qmax表现为材料2<材料1<材料4<材料3，也即是，沉积物经600℃焙烧后所形成的材料以及沉积物与高岭土按质量比1:1混合并于700℃焙烧后所形成的材料的Qmax值均较低，相比之下，沉积物依次经600℃焙烧及0.1mol/L NaOH水溶液清洗后所形成的材料以及本发明实施例3制得的材料4的Qmax值显著提高。由此说明，对沉积物进行碱性水洗是提高材料Qmax值的必要技术手段。
3、材料1～4对沉积物间隙水不同浓度磷酸盐的去除效果实验
取滇池0-20cm底泥，于5000r/min离心5-30min后，取上清液通过0.45μm微孔滤膜，即得沉积物间隙水，利用磷酸盐标准储备液将沉积物间隙水配制成磷酸盐浓度分别为0.02、0.05、0.1、0.2、0.3、0.5和1mg/L的间隙水溶液，将材料1～4按照水：材料的质量比为100：1的比例混合，然后在25℃、200r/min恒温振荡器内混合振荡16-24h，测试并计算得到材料1～4对沉积物间隙水不同浓度磷酸盐的去除效果，结果如图4a～4d所示。
从图4a～4d可见，材料4对间隙水磷酸盐的去除效果最好，对磷酸盐浓度为0.02-1mg/L的间隙水中磷的去除率达到了92％-99％，其次为材料3，对间隙水磷酸盐去除率为89％-95％，而材料1对间隙水磷酸盐去除效果最差。由此充分说明，根据本发明所述方法制得的材料具有最佳的间隙水磷酸盐的去除效果。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (16)

1.一种沉积物间隙水磷酸盐去除材料的制备方法，其特征在于，包括：
(1)采集湖泊沉积物，经冷冻干燥，研磨过筛，得沉积物粉体，对所述沉积物粉体依次进行焙烧和碱性水洗处理，而后烘干，得活化沉积物，备用；
(2)将所述活化沉积物与高岭土混合均匀形成混合粉体，备用；
(3)采用铁盐溶液对所述混合粉体进行改性处理，而后烘干，备用；
(4)向步骤(3)改性后的混合粉体中加入造孔剂，混合均匀后再加水浸润，挤压成型，成型材料经焙烧后，即得所述沉积物间隙水磷酸盐去除材料。
2.根据权利要求1所述的沉积物间隙水磷酸盐去除材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的焙烧温度为450-800℃。
3.根据权利要求2所述的沉积物间隙水磷酸盐去除材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的焙烧温度为600℃。
4.根据权利要求1所述的沉积物间隙水磷酸盐去除材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中采用氢氧化钠水溶液进行水洗处理，所述氢氧化钠水溶液的浓度为0.05-0.3mol/L。
5.根据权利要求4所述的沉积物间隙水磷酸盐去除材料的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钠水溶液的浓度为0.1mol/L。
6.根据权利要求1所述的沉积物间隙水磷酸盐去除材料的制备方法，其特征在于，所述高岭土的用量占所述混合粉体总质量的50-90wt％。
7.根据权利要求6所述的沉积物间隙水磷酸盐去除材料的制备方法，其特征在于，所述高岭土的用量占所述混合粉体总质量的50wt％。
8.根据权利要求1所述的沉积物间隙水磷酸盐去除材料的制备方法，其特征在于，所述铁盐溶液为0.20mol·L-1的FeSO4水溶液，所述FeSO4水溶液与所述混合粉体的质量比为100:1。
9.根据权利要求1所述的沉积物间隙水磷酸盐去除材料的制备方法，其特征在于，所述造孔剂的添加量为所述混合粉体总质量的0.2-1.5wt％；所述造孔剂为玉米芯。
10.根据权利要求9所述的沉积物间隙水磷酸盐去除材料的制备方法，其特征在于，所述造孔剂的添加量为所述混合粉体总质量的0.5wt％。
11.根据权利要求1所述的沉积物间隙水磷酸盐去除材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中水的添加量占所述混合粉体质量的5-30wt％。
12.根据权利要求11所述的沉积物间隙水磷酸盐去除材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中水的添加量占所述混合粉体质量的10wt％。
13.根据权利要求1-12任一项所述的沉积物间隙水磷酸盐去除材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中的焙烧温度为550-800℃。
14.根据权利要求13所述的沉积物间隙水磷酸盐去除材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中的焙烧温度为700℃。
15.根据权利要求1所述的沉积物间隙水磷酸盐去除材料的制备方法，其特征在于，所述沉积物间隙水磷酸盐去除材料为具有3-5mm粒径的颗粒。
16.由权利要求1-15任一项所述的制备方法制得的沉积物间隙水磷酸盐去除材料作为沉积物原位覆盖材料的用途，所述沉积物间隙水中的磷酸盐浓度为0.02-1.0mg/L。
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