CN112429818A - 一种污水除磷用电化石滤料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污水除磷用电化石滤料及其制备方法，属于污水处理技术领域。该电化石滤料在制备过程中，以改性活性炭为载体，负载磁性金属材料和过渡金属材料，增加了电化石滤料的除磷效果。本发明电化石滤料不仅具有高效的除磷效果，而且可以多次重复使用，对于磷浓度含量较高的污水，该电化石滤料重复使用5次，除磷效率在90％以上；而对于磷浓度含量较低的污水，该电化石滤料重复使用5次，除磷率在95％以上；可以大大的节约成本。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种污水除磷用电化石滤料及其制备方法和应用。
背景技术
随着社会经济的发展和城市建设进程的加快，生活污水中的含磷污染日益严重，进而带来了水体富营养化问题，所以在应对日益严重的水体富营养化问题的过程中，污水除磷成为非常重要的研究方向。除磷的方法包括生化法、生物法及吸附法等。生化法常用活性污泥法，也可采用培养藻类摄取磷后将其分离，或者培养铁细菌沉淀高铁磷酸盐等方法，但此类方法受到C/N、C/P、阳光等条件的限制，难以持续有效的去除磷：生物法如培养食藻虫等，效果明显，但是藻被食尽虫也亡，难以为继，还存在季节问题，水生物则会因腐烂形成二次污染；自然处理利用湿地或人工湿地、土壤吸附渗滤等，效果好，但需要很好地管理且条件难寻；吸附法有着占地面积小、工艺简单的特点，但此类方法成本高，操作麻烦，吸附剂回收困难。那么得到一种吸附能力强、节约成本的吸附剂，就可以实现合理利用吸附法的优势，最大限度的减少吸附法的缺点带来的不足。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的一个技术问题在于提供一种污水除磷用电化石滤料，该电化石滤料具有很好的除磷率，尤其是磷浓度较高的污水效果也非常明显，除磷率达到99％。本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种污水除磷用电化石滤料的制备方法，制备方法简单，以改性活性炭为载体，负载磁性金属材料和过渡金属材料，增加了电化石滤料的除磷效果。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种污水除磷用电化石滤料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铁粉中加入去离子水中，超声分散均匀，形成均匀的混合浆料，然后将所述混合浆料加入球磨机中进行机械球磨粉碎；
(2)向球磨后的物料中加入改性活性炭粉末进行微波辅助加热反应，反应结束后所得产物过200～300目筛；
(3)向过筛后的产物中先滴加入钛酸盐水溶液，滴加结束后立即以相同的滴加速度滴加入镧盐水溶液，滴加结束后继续控温反应，反应结束后向反应体系中加入强碱，调节溶液pH值；
(4)将混合溶液进行老化，然后固液分离，将所得固相水洗至洗出液呈中性，再将水洗后的固相干燥，即得污水除磷用电化石滤料。
所述污水除磷用电化石滤料的制备方法，所述铁粉与去离子水的质量比为1:3～1:5。
所述污水除磷用电化石滤料的制备方法，机械球磨过程中，采用大球和小球混合的方式，大球的直径为20mm，小球直径为10mm，球磨转速500～80rpm，球磨时间为5～10h，球料比为20:1～40:1。
所述污水除磷用电化石滤料的制备方法，所述钛酸盐水溶液的浓度为0.1～0.5mol/L，滴加速度为1.0～1.5ml/min，所述铁酸盐水溶液的浓度为0.5～1.0mol/L。
所述污水除磷用电化石滤料的制备方法，在80～100℃下老化3～4天。
所述污水除磷用电化石滤料的制备方法，向溶液中加入强碱，调节溶液pH值10～12。
所述污水除磷用电化石滤料的制备方法，所述改性活性炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉末活性炭进入高锰酸钾溶液中，在50～70℃条件下进行表面氧化；然后用去离子水洗涤至pH值为6～7；
(2)向尿素中加入去离子水，搅拌均匀，得到浓度为1～5g/ml的尿素水溶液，将表面氧化后的活性炭加入尿素水溶液中，微波辅助下反应，反应结束后过滤，固体在真空干燥箱中120℃条件下干燥12～24h；
(3)将干燥后的产物在氮气保护气氛下进行高温煅烧；所述煅烧的温度为1000～1500℃，煅烧时间为2～3h。
所述污水除磷用电化石滤料的制备方法，微波功率为500～800W，反应温度为50～80℃，反应时间为2～3h，表面氧化后的活性炭与尿素水溶液的质量比为1:5～1:10。
上述污水除磷用电化石滤料的制备方法制备得到的电化石滤料。
有益效果：与现有的技术相比，本发明的优点包括：
(1)本发明电化石滤料的制备方法简单，以改性活性炭为载体，负载磁性金属材料和过度进行材料，增加了电化石滤料的除磷效果，尤其是磷浓度较高的污水效果也非常好，除磷率达到95％～99％，可以很好的应用与污水除磷中。
(2)本发明电化石滤料不仅具有高效的除磷效果，而且可以多次重复使用，对于磷浓度含量较高的污水，该电化石滤料最多可以重复5次，依然可以使得除磷效率达到90％以上；而对于低浓度污水，该电化石滤料重复使用5次。依然使得除磷率达到95％；可以大大的节约成本，节约资源；为高效利用。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例1
(1)将100g粉末活性炭加入浓度为1g/ml的高锰酸钾溶液中，使高锰酸钾溶液完全浸没活性炭粉末，在70℃条件下进行表面氧化3h；表面氧化结束后过滤，固体用去离子水洗涤至pH至中性；
(2)将100g尿素中加入200ml去离子水中，搅拌均匀，得到尿素水溶液，将20g表面氧化后的活性炭加入150g尿素水溶液中，微波辅助下反应，微波功率为800W，反应温度为80℃，反应时间为2h，；反应结束后过滤，固体在真空干燥箱中120℃条件下干燥24h；
(3)将干燥后的产物在氮气保护气氛下，在1200℃条件下高温煅烧3h，得到改性后的活性炭。
实施例2
一种污水除磷用电化石滤料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将10g铁粉中加入50g去离子水中，超声分散均匀，形成均匀的混合浆料，然后将该混合浆料加入球磨机中进行机械球磨粉碎；机械球磨过程中，采用大球和小球混合的方式，大球的直径为20mm，小球直径为10mm，球磨转速600rpm，球磨时间为8h，球料比为20:1。
(2)向球磨后的物料中加入实施例1制备的改性活性炭粉末50g，在微波辅助条件在80℃加热反应5h；反应结束后所得产物过200～300目筛；
(3)向过筛后的产物中先滴加入浓度为0.5mol/L钛酸钙水溶液20ml，滴加速度为1.0ml/min，滴加结束后立即以相同的滴加速度滴加入浓度为1.0mol/L氯化镧水溶液20ml，滴加结束后反应，结束后向反应体系中加入强碱，调节溶液pH值至12；
(4)将混合溶液在100℃下老化3天，然后固液分离，将所得固相水洗至洗出液呈中性，再将水洗后的固相在150℃条件下干燥12h，即得污水除磷用电化石滤料。
实施例3
一种污水除磷用电化石滤料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将10g铁粉中加入50g去离子水中，超声分散均匀，形成均匀的混合浆料，然后将该混合浆料加入球磨机中进行机械球磨粉碎；机械球磨过程中，采用大球和小球混合的方式，大球的直径为20mm，小球直径为10mm，球磨转速700rpm，球磨时间为8h，球料比为30:1。
(2)向球磨后的物料中加入实施例1制备的改性活性炭粉末50g，在微波辅助条件在80℃加热反应5h；反应结束后所得产物过200～300目筛；
(3)向过筛后的产物中先滴加入浓度为1.0mol/L钛酸钙水溶液20ml，滴加速度为1.2ml/min，滴加结束后立即以相同的滴加速度滴加入浓度为0.5mol/L氯化镧水溶液20ml，滴加结束后反应，结束后向反应体系中加入强碱，调节溶液pH值至10；
(4)将混合溶液在80℃下老化3天，然后固液分离，将所得固相水洗至洗出液呈中性，再将水洗后的固相在150℃条件下干燥12h，即得污水除磷用电化石滤料。
实施例4
一种污水除磷用电化石滤料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将10g铁粉中加入50g去离子水中，超声分散均匀，形成均匀的混合浆料，然后将该混合浆料加入球磨机中进行机械球磨粉碎；机械球磨过程中，采用大球和小球混合的方式，大球的直径为20mm，小球直径为10mm，球磨转速800rpm，球磨时间为8h，球料比为40:1。
(2)向球磨后的物料中加入实施例1制备的改性活性炭粉末50g，在微波辅助条件在80℃加热反应5h；反应结束后所得产物过200～300目筛；
(3)向过筛后的产物中先滴加入浓度为1.0mol/L钛酸钙水溶液20ml，滴加速度为1.5ml/min，滴加结束后立即以相同的滴加速度滴加入浓度为1.0mol/L氯化镧水溶液20ml，滴加结束后反应，结束后向反应体系中加入强碱，调节溶液pH值至12；
(4)将混合溶液在100℃下老化3天，然后固液分离，将所得固相水洗至洗出液呈中性，再将水洗后的固相在150℃条件下干燥12h，即得污水除磷用电化石滤料。
实施例5
为研究实施例1～4制备的额吸附剂对污水中磷的去除能力，采用模拟废水进行探究，模拟污水的总磷浓度设置为10mg/L、15mg/L、20mg/L、25mg/L、50mg/L、100mg/L，pH值为5.74。
实施例2～4所制备的吸附材料的投加量为1g/L、2g/L、3g/L、4g/L；实施例1制备的改性活性炭的投加量分别为1g/L、2g/L、3g/L、4g/L；作为对照。投加结束后于室温在120r/min的转速下振荡8h后，分别取上清液过滤，采用钼锑抗分光光度法测定滤液的总磷浓度，计算对模拟废水的除磷率。除磷率结果如表1所示。
由表1可知，实施例2～4制备得到的电化石滤料具有很好的除磷效果，比改性活性炭的除磷效果要明显；在含磷浓度较低时，本发明电化石滤料除磷率可以达到100％，而对比文件1中的改性活性炭，在低浓度下除磷率最高不超过90％；在含磷高浓度污水中，这对比效果更加明显，改性活性炭的除磷率明显下降，最低的只有65％；而本发明电化石滤料，除磷率在磷浓度较高时的除磷率虽然比磷浓度低时有些微的降低，但是提高投加量，除磷率依然可以达到99％；从测试结果来看，滤料投加量并不是越多越好，分析原因可能是投加量增多，电化石滤料相互之间会产生粘结，造成吸附效果的降低。另外，实施例2～4中制备的滤料，除磷效果也不完全相同，分析原因是金属材料和过度金属材料用量不同，制备得到的电化石滤料的除磷效果也有会有差异。
表1实施例1～4吸附材料除磷效果
实施例6
在污水除磷过程中，对上述实施例2中制备得到的电化石滤料，重复利用多次，其中模拟废水中总磷浓度为50mg/L，每次重复的投加量为3g/L，一次实验结束后，过滤得到电化石滤料，然后滤料在150℃条件下干燥12h，干燥结束后用于下一批次污水除磷应用中，重复使用5次，实验结果如表2所示。由表2可知，电化石滤料在重复5次之后，除磷率依然可以达到90％，说明本发明电化石滤料进行多次重复使用。
表2高浓度含磷污水电化石材料重复使用除磷效果
| 重复次数 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 除磷率(％) | 98 | 95 | 95 | 93 | 93 | 90 |
在污水除磷过程中，对上述实施例2中制备得到的电化石滤料，重复利用多次，其中模拟废水中总磷浓度为10mg/L，每次重复的投加量为3g/L，一次实验结束后，过滤得到电化石滤料，然后滤料在150℃条件下干燥12h，干燥结束后用于下一批次污水除磷应用中，重复使用5次，实验结果如表3所示。由表3可知，在低浓度含磷污水的除磷过程中，电化石滤料在重复5次之后，除磷率依然可以达到95％，说明本发明电化石滤料进行多次重复使用。
表3低浓度含磷污水电化石材料重复使用除磷效果
| 重复次数 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 除磷率(％) | 98 | 98 | 97 | 97 | 95 | 95 |
Claims (9)
1.一种污水除磷用电化石滤料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将铁粉中加入去离子水中，超声分散均匀，形成均匀的混合浆料，然后将所述混合浆料加入球磨机中进行机械球磨粉碎；
(2)向球磨后的物料中加入改性活性炭粉末进行微波辅助加热反应，反应结束后所得产物过200～300目筛；
(3)向过筛后的产物中先滴加入钛酸盐水溶液，滴加结束后立即以相同的滴加速度滴加入镧盐水溶液，滴加结束后继续控温反应，反应结束后向反应体系中加入强碱，调节溶液pH值；
(4)将混合溶液进行老化，然后固液分离，将所得固相水洗至洗出液呈中性，再将水洗后的固相干燥，即得污水除磷用电化石滤料。
2.根据权利要求1所述污水除磷用电化石滤料的制备方法，其特征在于，所述铁粉与去离子水的质量比为1:3～1:5。
3.根据权利要求1所述污水除磷用电化石滤料的制备方法，其特征在于，机械球磨过程中，采用大球和小球混合的方式，大球的直径为20mm，小球直径为10mm，球磨转速500～80rpm，球磨时间为5～10h，球料比为20:1～40:1。
4.根据权利要求1所述污水除磷用电化石滤料的制备方法，其特征在于，所述钛酸盐水溶液的浓度为0.1～0.5mol/L，滴加速度为1.0～1.5ml/min，所述铁酸盐水溶液的浓度为0.5～1.0mol/L。
5.根据权利要求1所述污水除磷用电化石滤料的制备方法，其特征在于，在80～100℃下老化3～4天。
6.根据权利要求1所述污水除磷用电化石滤料的制备方法，其特征在于，向溶液中加入强碱，调节溶液pH值10～12。
7.根据权利要求1所述污水除磷用电化石滤料的制备方法，其特征在于，所述改性活性炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉末活性炭进入高锰酸钾溶液中，在50～70℃条件下进行表面氧化；然后用去离子水洗涤至pH值为6～7；
(2)向尿素中加入去离子水，搅拌均匀，得到浓度为1～5g/ml的尿素水溶液，将表面氧化后的活性炭加入尿素水溶液中，微波辅助下反应，反应结束后过滤，固体在真空干燥箱中120℃条件下干燥12～24h；
(3)将干燥后的产物在氮气保护气氛下进行高温煅烧；所述煅烧的温度为1000～1500℃，煅烧时间为2～3h。
8.根据权利要求1所述污水除磷用电化石滤料的制备方法，其特征在于，微波功率为500～800W，反应温度为50～80℃，反应时间为2～3h，表面氧化后的活性炭与尿素水溶液的质量比为1:5～1:10。
9.权利要求1～8任一所述污水除磷用电化石滤料的制备方法制备得到的电化石滤料。
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