CN113041991A - 一种载镧凹凸棒石除磷吸附剂的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种载镧凹凸棒石除磷吸附剂的制备方法，包括如下步骤：S1、将凹凸棒石材料进行焙烧，得到凹凸棒石热活化材料PAL‑H。S2、在可溶性镧盐溶液中加入碱液，调节pH，进行超声处理，得到La(OH)3负载溶液。S3、将步骤S1得到的凹凸棒石热活化材料PAL‑H加入步骤S2得到的La(OH)3负载溶液中进行反应，得到载镧凹凸棒石复合材料PAL‑La。本发明的制备方法制备得到的吸附剂，能够提供丰富的结合位点，对磷酸盐的吸附能力优良且不会引发吸附剂毛孔堵塞的问题。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种载镧凹凸棒石除磷吸附剂的制备方法及其应用。
背景技术
过量的磷(P)会引发湖泊和河流富营养化，进而导致危险的藻类爆发、溶解氧枯竭和鱼类死亡，严重扰乱了水体中生物的生态平衡，损害了公众健康。因此，需要可行的技术来抑制磷进入天然水体。现有技术中，水体除磷技术主要包括化学沉淀技术、生物处理技术、膜处理技术和吸附技术。其中，化学沉淀除磷技术多适用于高浓度含磷废水初步处理，需再采用其它技术对水中磷酸盐进一步削减。生物法在实际运行过程中，往往需要严格控制运行条件且需要调控其他营养元素的比例以保证活性污泥微生物吸磷功能的稳定发挥，因此其运行维护管理较为繁琐。近年来获得广泛关注的膜生物反应器技术中膜组件面临严重的膜污染问题，膜组件清理和更换费用大幅增加了应用膜技术处理含磷废水的成本。相对于其他除磷技术，吸附技术具有突出优势。高效、无毒、可再生的吸附剂是吸附除磷技术应用和发展的核心，但面向当今更高的水环境保护需求，传统吸附剂材料的除磷效能难以充分满足当今日趋严格的水处理排放标准，因此，研发新型高效的除磷吸附剂材料具有重要意义。
在有效增强除磷的吸附剂的开发中，天然矿物类材料因廉价易得且具有独特的多孔结构日渐成为当前吸附材料研究的热点。许多天然矿物表面显正电性，对水中带负电荷的阴离子能发挥静电吸附作用。此外，矿物中含有丰富的金属矿物质(如钙、镁、铝的氧化物等)可与磷酸盐发生内层络合反应。然而，由于矿物形成于自然环境中，受周围产地环境因素和地质条件的影响，其本身含有的活性吸附基团较少，所以需要通过物理或化学改性才能提高矿物材料对目标阴离子的吸附效率。
凹凸棒石，又名坡缕石，为含水层链状镁质硅酸盐矿物，其晶体微观结构呈针状、纤维状或纤维集合状，是我国一种优势矿产资源，具有较大的开发和利用价值。凹凸棒石岩层硬度低、埋藏深度浅，开采方便，对加工设备要求较低。综合考虑开采费用，凹凸棒石比其它矿物材料的价格更低廉，因此凹凸棒石具有明显的价格竞争力和市场应用价值。凹凸棒石具有独特的纳米棒晶结构，使其具有高比表面积和多孔性。此外，凹凸棒石的晶体结构中除镁、铝金属元素外，根据产地地质条件不同常掺有一定量的钙、镁等金属成分，因此凹凸棒石具有与水中磷酸盐形成表面沉淀的潜力。
此外，磷酸盐可与众多金属离子通过配体交换形成稳定的内层络合物，因此金属氧化物负载是一种应用广泛的除磷吸附剂改性方法。由于镧与水中磷酸盐具有优异的亲和力，镧氧化物被广泛用于制作污水除磷吸附剂。磷酸镧化合物是目前自然界中稀土金属磷酸盐中最难溶的化合物，其磷酸镧的溶解度会随着溶液温度升高而进一步下降，在高温条件下依然保持稳定的沉淀形态，不易溶解。镧对于水中磷酸盐的处理效果明显优于常用于水处理的金属铝盐和铁盐，更重要的是，镧具有良好的生物安全性，充分保障其在水处理领域应用无健康风险。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术中存在的矿物材料除磷吸附剂活性吸附位点少、污染物吸附容量偏低的瓶颈问题，本发明提供一种载镧凹凸棒石除磷吸附剂的制备方法。为解决上述技术问题，本发明还提供一种载镧凹凸棒石除磷吸附剂的应用。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种载镧凹凸棒石除磷吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、凹凸棒石材料前处理：将凹凸棒石材料进行焙烧，得到凹凸棒石热活化材料PAL-H；
S2、La(OH)3负载溶液的配制：在可溶性镧盐溶液中加入碱液，调节pH，进行超声处理，得到La(OH)3负载溶液；
S3、将步骤S1得到的凹凸棒石热活化材料PAL-H加入步骤S2得到的La(OH)3负载溶液中进行反应，得到载镧凹凸棒石复合材料PAL-La。
如上所述的制备方法，优选地，步骤S1中，将凹凸棒石在700～800℃的温度下焙烧4～8小时。
如上所述的制备方法，优选地，步骤S2中，用NaOH溶液调节La(NO3)3溶液pH值，然后置于超声细胞破碎仪中超声处理10～30min，得到La(OH)3负载溶液。
如上所述的制备方法，优选地，步骤S3中，将凹凸棒石热活化材料PAL-H加入La(OH)3负载溶液后，在超声作用下进行反应，然后在水浴条件下进行反应，得到浑浊液；
反应完成后，对浑浊液离心，将沉淀物洗涤、过滤；
对过滤后的沉淀物进行干燥、研磨，得到载镧凹凸棒石复合材料PAL-La。
如上所述的制备方法，优选地，步骤S2中，采用NaOH或KOH溶液调节La(NO3)3溶液的pH值；
所述NaOH或KOH溶液的浓度为1mol/L；
所述La(NO3)3溶液的浓度为0.1mol/L；
所述La(NO3)3溶液的pH值调节为10。
如上所述的制备方法，优选地，步骤S3中，凹凸棒石热活化材料PAL-H与La(OH)3的质量比为1：1～1：1.6。
如上所述的制备方法，优选地，步骤S3中，超声作用下的反应时长为10～30min，水浴条件下反应时长为5-10h；
水浴温度为60～70℃。
如上所述的制备方法，优选地，步骤S3中，沉淀物在60～80℃干燥12～48h；
沉淀物研磨后过200目筛，得到载镧凹凸棒石复合材料PAL–La。
本发明还提供一种采用上述制备方法制备得到的载镧凹凸棒石复合材料PAL–La的应用，所述载镧凹凸棒石复合材料PAL–La用于吸附磷酸盐；
所述镧凹凸棒石复合材料PAL–La对磷酸盐浓度在50mg/L以下，pH范围为3～11的溶液的吸附率大于等于99％。
如上所述的应用，优选地，所述镧凹凸棒石复合材料PAL–La用于吸附竞争阴离子环境中的磷酸盐；
所述竞争阴离子包括SO4 2-、NO3 -、HCO3 -以及Cl-。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明制备方法制备得到的载镧凹凸棒石复合材料PAL–La吸附剂能够提供丰富的结合位点，不会引发吸附剂毛孔堵塞的问题。
本发明制备方法制备得到的载镧凹凸棒石复合材料PAL–La对磷酸盐的吸附能力优良，对于磷酸盐浓度在50mg/L以下、pH范围为3～11的溶液，几乎可以实现完全的磷酸盐分离，磷酸盐残留浓度不超过0.5mg/L。浓度范围在5-50mg/L的高浓度竞争阴离子，例如硫酸盐、硝酸盐、碳酸氢盐和氯化物等的存在对载镧凹凸棒石复合材料PAL–La吸附剂的吸附效果也不会产生显著影响。
此外，PAL–La吸附剂的可回收性强、沉降性好、稳定性高，即使在超声条件下也可以忽略镧的浸出。PAL–La在吸附能力和镧的使用量方面表现出了很大的优势，作为一种经济有效的吸附剂具有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明中凹凸棒石载镧复合材料的扫描电镜图；
图1a为本发明中天然凹凸棒石(PAL)的扫描电镜图；
图1b为本发明中焙烧凹凸棒石(PAL-H)的扫描电镜图；
图1c为本发明中凹凸棒石表面载镧(PAL-La)的扫面电镜图；
图2为本发明中凹凸棒石、石英、白云石、钙/镁硅酸盐以及La(OH)3的X射线衍射图(图中，＊代表凹凸棒石，◇代表石英，●代表白云石，△代表钙/镁硅酸盐，■代表La(OH)3)；
图3为本发明中焙烧时间与温度对天然凹凸棒石磷酸盐吸附性能的影响图；
图4为本发明中凹凸棒石表面载镧复合材料的磷酸盐吸附等温线及Langmuir，Freundlich模型拟合曲线。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明实施例提供一种载镧凹凸棒石除磷吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、凹凸棒石材料前处理：将凹凸棒石在700～800℃的温度下焙烧4～5小时，得到凹凸棒石热活化材料PAL-H。
S2、镧离子前处理：用NaOH溶液调节La(NO3)3溶液pH值，然后置于超声细胞破碎仪中超声处理10～30min，得到La(OH)3负载溶液。
S3、将凹凸棒石热活化材料PAL-H加入La(OH)3负载溶液后，在超声作用下进行反应，然后在水浴条件下进行反应，得到浑浊液。反应完成后，对浑浊液离心，将沉淀物洗涤、过滤。对过滤后的沉淀物进行干燥、研磨，得到载镧凹凸棒石复合材料PAL-La。
本发明实施例中，凹凸棒石的纤维交联结构为氢氧化镧镧纳米颗粒提供了充足的负载位点，超声作用使氢氧化镧纳米颗粒能够在凹凸棒石表面均匀分布，制备得到的载镧凹凸棒石复合材料PAL–La吸附剂能够提供丰富的结合位点，不会引发吸附剂毛孔堵塞的问题。
本发明制备方法制备得到的载镧凹凸棒石复合材料PAL–La对磷酸盐的吸附能力优良，对于磷酸盐浓度在50mg/L以下、pH范围为3～11的溶液，几乎可以实现完全的磷酸盐分离，磷酸盐残留浓度不超过0.5mg/L。浓度范围在5-50mg/L的高浓度竞争阴离子，例如硫酸盐、硝酸盐、碳酸氢盐和氯化物等的存在对载镧凹凸棒石复合材料PAL–La吸附剂的吸附效果也不会产生显著影响。此外，PAL–La吸附剂的可回收性强、沉降性好、稳定性高，即使在超声条件下也可以忽略镧的浸出。PAL–La在吸附能力和镧的使用量方面表现出了很大的优势，作为一种经济有效的吸附剂具有很好的应用前景。
优选地，步骤S2中，采用NaOH或KOH溶液调节La(NO3)3溶液的pH值；
所述NaOH或KOH溶液的浓度为1mol/L；
所述La(NO3)3溶液的浓度为0.1mol/L；
所述La(NO3)3溶液的pH值调节为10。本发明实施例中，合成氢氧化镧时应用的La(NO3)3以及NaOH或KOH的浓度也是关键参数，La(NO3)3以及NaOH或KOH的浓度太高就会堵塞凹凸棒石的纤维交联孔隙，而浓度太低则因为镧负载量较少，无法发挥较高的磷吸附效能。NaOH或KOH溶液的浓度为1mol/L、La(NO3)3溶液的浓度为0.1mol/L为最佳制备浓度。
优选地，步骤S3中，凹凸棒石热活化材料PAL-H与La(OH)3的质量比为1：1～1：1.6。
优选地，步骤S3中，超声作用下的反应时长为10～30min，水浴条件下反应时长为5-10h，水浴温度为60～70℃。
优选地，步骤S3中，沉淀物在60～65℃干燥12-48h。沉淀物研磨后过200目筛，得到载镧凹凸棒石复合材料PAL–La。
实施例1
本发明实施例提供一种载镧凹凸棒石除磷吸附剂的制备方法，本实施方式中的载镧凹凸棒石复合材料由向凹凸棒石样品PAL-H加入La(OH)3溶液中制成。所述载镧凹凸棒石复合材料中PAL-H的质量为1g，具体制备方法包括如下步骤：
S1、凹凸棒石材料前处理：将1.00g天然凹凸棒石材料在500℃下进行焙烧2h，得到凹凸棒石热活化材料PAL-H。
S2、La(OH)3负载溶液的配置：将50mL 0.1mol/L的La(NO3)3溶液置于恒温磁力搅拌器上，将磁力搅拌器的转速设置为120rpm，逐滴加入1mol/L的NaOH溶液，直到反应溶液pH值达到10。随后立即将反应溶液置于超声细胞破碎仪中，在130W强度下超声作用10min以使反应物充分分散，得到La(OH)3负载溶液。
S3、将步骤S1得到的1g焙烧活化后的凹凸棒石样品PAL-H加入步骤S2得到的La(OH)3负载溶液中，在130W超声作用下反应10min，然后在60℃水浴锅中反应6h。随后将反应溶液在4000rpm离心10min后，倒掉上清液，将沉淀物用去离子水洗涤直至混合溶液pH值至中性。过滤后的固体物在60℃干燥48h后，用研钵研磨至粉碎，过200目筛，获得的粉末颗粒即为载镧凹凸棒石复合材料，将其命名为PAL–La(500)。
实施例2
本发明实施例提供一种载镧凹凸棒石除磷吸附剂的制备方法，本实施方式中的载镧凹凸棒石复合材料由向凹凸棒石样品PAL-H加入La(OH)3溶液中制成。所述载镧凹凸棒石复合材料中PAL-H的质量为1g，具体制备方法包括如下步骤：
S1、凹凸棒石材料前处理：将1.00g天然凹凸棒石材料在600℃下进行焙烧3h，得到凹凸棒石热活化材料PAL-H。
S2、镧离子前处理：将50mL 0.1mol/L的La(NO3)3溶液置于恒温磁力搅拌器上，将磁力搅拌器的转速设置为120rpm，逐滴加入1mol/L的NaOH溶液，直到反应溶液pH值达到10。随后立即将反应溶液置于超声细胞破碎仪中，在130W强度下超声作用5min以使反应物充分分散，得到La(OH)3负载溶液。
S3、将步骤S1得到的1g焙烧活化后的凹凸棒石样品PAL-H加入步骤S2得到的La(OH)3负载溶液中，在130W超声作用下反应10min，然后在60℃水浴锅中反应6h。随后将反应溶液在4000rpm离心10min后，倒掉上清液，将沉淀物用去离子水洗涤直至混合溶液pH值至中性。过滤后的固体物在60℃干燥48h后，用研钵研磨至粉碎，过200目筛，获得的粉末颗粒即为载镧凹凸棒石复合材料，将其命名为PAL–La(600)。
实施例3
本发明实施例提供一种载镧凹凸棒石除磷吸附剂的制备方法，本实施方式中的载镧凹凸棒石复合材料由向凹凸棒石样品PAL-H加入La(OH)3溶液中制成。所述载镧凹凸棒石复合材料中PAL-H的质量为1g，La(OH)3的质量0.95g，具体制备方法包括如下步骤：
S1、凹凸棒石材料前处理：将1.00g天然凹凸棒石材料在700℃下进行焙烧2h，得到凹凸棒石热活化材料PAL-H。
S2、镧离子前处理：将50mL 0.1mol/L的La(NO3)3溶液置于恒温磁力搅拌器上，将磁力搅拌器的转速设置为120rpm，逐滴加入1mol/L的NaOH溶液，直到反应溶液pH值达到10。随后立即将反应溶液置于超声细胞破碎仪中，在130W强度下超声作用10min以使反应物充分分散，得到La(OH)3负载溶液。
S3、将步骤S1得到的1g焙烧活化后的凹凸棒石样品PAL-H加入步骤S2得到的La(OH)3负载溶液中，在130W超声作用下反应10min，然后在60℃水浴锅中反应6h。随后将反应溶液在4000rpm离心10min后，倒掉上清液，将沉淀物用去离子水洗涤直至混合溶液pH值至中性。过滤后的固体物在60℃干燥48h后，用研钵研磨至粉碎，过200目筛，获得的粉末颗粒即为载镧凹凸棒石复合材料，将其命名为PAL–La(700)。
实施例4
本发明实施例提供一种载镧凹凸棒石除磷吸附剂的制备方法，本实施方式中的载镧凹凸棒石复合材料由向凹凸棒石样品PAL-H加入La(OH)3溶液中制成。所述载镧凹凸棒石复合材料中PAL-H的质量为1g，具体制备方法包括如下步骤：
S1、凹凸棒石材料前处理：将1.00g天然凹凸棒石材料在800℃下进行焙烧3h，得到凹凸棒石热活化材料PAL-H。
S2、镧离子前处理：将50mL 0.1mol/L的La(NO3)3溶液置于恒温磁力搅拌器上，将磁力搅拌器的转速设置为120rpm，逐滴加入1mol/L的NaOH溶液，直到反应溶液pH值达到10。随后立即将反应溶液置于超声细胞破碎仪中，在130W强度下超声作用10min以使反应物充分分散，得到La(OH)3负载溶液。
S3、将步骤S1得到的1g焙烧活化后的凹凸棒石样品PAL-H加入步骤S2得到的La(OH)3负载溶液中，在130W超声作用下反应10min，然后在60℃水浴锅中反应6h。随后将反应溶液在4000rpm离心10min后，倒掉上清液，将沉淀物用去离子水洗涤直至混合溶液pH值至中性。过滤后的固体物在60℃干燥48h后，用研钵研磨至粉碎，过200目筛，获得的粉末颗粒即为载镧凹凸棒石复合材料，将其命名为PAL–La(800)。
本发明实施例3中的天然凹凸棒石(PAL)，700℃高温焙烧4h的凹凸棒石(PAL-H)和凹凸棒石表面载镧复合材料(PAL-La)的微观形貌如图1所示。
本发明实施例3中的天然凹凸棒石(PAL)，700℃高温焙烧4h的凹凸棒石(PAL-H)和凹凸棒石表面载镧复合材料(PAL-La)XRD衍射图谱如图2所示。
将实施例1-4中制备得到的凹凸棒石载镧复合材料(PAL-La)用于磷酸盐吸附，得到如图3所示的焙烧温度和保温时间对原坡缕石吸附磷酸盐能力的影响，可以看出，以700℃高温焙烧4h的凹凸棒石作为原料制备得到的凹凸棒石表面载镧复合材料(PAL-La)的磷酸盐吸附效果最好，实施例3为最佳实施例。
将本发明实施例3制备的凹凸棒石载镧复合材料(PAL-La)与天然凹凸棒石(PAL)及热活化的凹凸棒石(PAL-H)同时应用于磷酸盐吸附，得到如图4所示的磷酸盐吸附等温线对比图。通过分析可知，采用本发明实施例的吸附剂，即凹凸棒石载镧复合材料(PAL-La)的磷酸盐去除率相对其它材料有明显提高。
以上实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定，本领域技术人员在权利要求的范围内做出各种变形或修改，均属于本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种载镧凹凸棒石除磷吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、凹凸棒石材料前处理：将凹凸棒石材料进行焙烧，得到凹凸棒石热活化材料PAL-H；
S2、La(OH)3负载溶液的配制：在可溶性镧盐溶液中加入碱液，调节pH，进行超声处理，得到La(OH)3负载溶液；
S3、将步骤S1得到的凹凸棒石热活化材料PAL-H加入步骤S2得到的La(OH)3负载溶液中进行反应，得到载镧凹凸棒石复合材料PAL-La。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，将凹凸棒石在700～800℃的温度下焙烧4～8小时。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，用NaOH溶液调节La(NO3)3溶液pH值，然后置于超声细胞破碎仪中超声处理10～30min，得到La(OH)3负载溶液。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，将凹凸棒石热活化材料PAL-H加入La(OH)3负载溶液后，在超声作用下进行反应，然后在水浴条件下进行反应，得到浑浊液；
反应完成后，对浑浊液离心，将沉淀物洗涤、过滤；
对过滤后的沉淀物进行干燥、研磨，得到载镧凹凸棒石复合材料PAL-La。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，采用NaOH或KOH溶液调节La(NO3)3溶液的pH值；
所述NaOH或KOH溶液的浓度为1mol/L；
所述La(NO3)3溶液的浓度为0.1mol/L；
所述La(NO3)3溶液的pH值调节为10。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，凹凸棒石热活化材料PAL-H与La(OH)3的质量比为1：1～1：1.6。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，超声作用下的反应时长为10～30min，水浴条件下反应时长为5-10h；
水浴温度为60～70℃。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，沉淀物在60～80℃干燥12～48h；
沉淀物研磨后过200目筛，得到载镧凹凸棒石复合材料PAL–La。
9.如权利要求1-8任一项制备方法制备得到的载镧凹凸棒石复合材料PAL–La的应用，其特征在于，所述载镧凹凸棒石复合材料PAL–La用于吸附磷酸盐；
所述镧凹凸棒石复合材料PAL–La对磷酸盐浓度在50mg/L以下，pH范围为3～11的溶液的吸附率大于等于99％。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述镧凹凸棒石复合材料PAL–La用于吸附竞争阴离子环境中的磷酸盐；
所述竞争阴离子包括SO4 2-、NO3 -、HCO3 -以及Cl-。
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| CN (1) | CN113041991A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114907058A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-08-16 | 浙江碧水量子科技有限公司 | 一种降总磷的净水构件及其制备方法与应用 |
| CN116371353A (zh) * | 2023-04-06 | 2023-07-04 | 广东工业大学 | 镧磁性铁改性凹凸棒土除磷吸附剂及其应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1817439A (zh) * | 2006-01-17 | 2006-08-16 | 昆明理工大学 | 稀土吸附剂及其制备方法 |
| CN103723785A (zh) * | 2013-12-13 | 2014-04-16 | 陕西科技大学 | 一种镧改性凹凸棒土去除水中氟离子的方法 |
| CN105903431A (zh) * | 2016-05-10 | 2016-08-31 | 西安建筑科技大学 | 一种载镧改性膨润土除氟材料及其制备和使用方法 |
| CN110038511A (zh) * | 2018-01-17 | 2019-07-23 | 华中科技大学 | 一种载镧改性膨润土除磷材料的制备方法及其应用 |
| CN110193342A (zh) * | 2019-06-12 | 2019-09-03 | 明光市飞洲新材料有限公司 | 一种改性凹凸棒土吸附剂及其制备方法 |
| CN110548490A (zh) * | 2018-05-31 | 2019-12-10 | 华中科技大学 | 一种可回收的镧改性膨润土除磷材料的制备方法及其应用 |
-
2021
- 2021-03-08 CN CN202110252297.0A patent/CN113041991A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1817439A (zh) * | 2006-01-17 | 2006-08-16 | 昆明理工大学 | 稀土吸附剂及其制备方法 |
| CN103723785A (zh) * | 2013-12-13 | 2014-04-16 | 陕西科技大学 | 一种镧改性凹凸棒土去除水中氟离子的方法 |
| CN105903431A (zh) * | 2016-05-10 | 2016-08-31 | 西安建筑科技大学 | 一种载镧改性膨润土除氟材料及其制备和使用方法 |
| CN110038511A (zh) * | 2018-01-17 | 2019-07-23 | 华中科技大学 | 一种载镧改性膨润土除磷材料的制备方法及其应用 |
| CN110548490A (zh) * | 2018-05-31 | 2019-12-10 | 华中科技大学 | 一种可回收的镧改性膨润土除磷材料的制备方法及其应用 |
| CN110193342A (zh) * | 2019-06-12 | 2019-09-03 | 明光市飞洲新材料有限公司 | 一种改性凹凸棒土吸附剂及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| LINGCHAO KONG ET AL.: "Highly-effective phosphate removal from aqueous solutions by calcined nano-porous palygorskite matrix with embedded lanthanum hydroxide", 《APPLIED CLAY SCIENCE》 * |
| 苗琛琛等: "镧改性凹凸棒土的制备及其对水中磷酸盐的吸附", 《环境工程学报》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114907058A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-08-16 | 浙江碧水量子科技有限公司 | 一种降总磷的净水构件及其制备方法与应用 |
| CN116371353A (zh) * | 2023-04-06 | 2023-07-04 | 广东工业大学 | 镧磁性铁改性凹凸棒土除磷吸附剂及其应用 |
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