CN115246677A - 一种沸石基铁碳人工湿地新型填料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种沸石基铁碳人工湿地新型填料的制备方法，其特征在于，将铁碳粉按一定比例混合，烧成铁碳陶粒。制备出的沸石基铁碳人工湿地新型填料具备利用零价铁和碳之间的电位差在溶液中自发发生电化学反应而去除有机磷农药和重金属的功能。此沸石基铁碳人上湿地新型填料解决了铁‑碳粉直接用于传统的铁碳微电解时铁屑容易硬化和流失、需要经常反洗和更换包装这一问题，提高了微电解反应的效率。

Description

一种沸石基铁碳人工湿地新型填料的制备方法

技术领域

本发明涉及人工湿地填料领域，特别是一种制备沸石基铁碳人工湿地新型填料的方法。以本发明制备的沸石基铁碳人工湿地新型填料，可以利用零价铁和碳之间的电位差在溶液中自发发生电化学反应而去除有机磷农药和重金属，具有高氧化还原能力和吸附絮凝功能。

背景技术

在人工湿地去除有机磷农药和重金属的研究中，植物的吸收和积累量是有限的，且植物的地域性和季节生长特性使得其应用与推广存在一定局限。由于人工湿地***相较于其他传统工艺研究起步较晚，且前期人们更加注重植物在人工湿地中的作用，而对填料的研究局限于土壤、砾石、石灰石等传统天然填料和工业废料等，但这些填料普遍存在一些问题，限制了人工湿地在处理有机磷农药和重金属污水中的应用。例如，申请号为CN209352644U的发明专利公开了一种人工湿地填料，但是该填料不能根据不同时期处理的需要进行及时更换调整，对环境适应性能存在不足；申请号为202110313186.6的发明专利公开了一种人工湿地填料用于去除重金属，但是该填料不易更换，后期维护成本，不能够根据不同时期污水情况进行快速调整，而且水处理净化***不够充分。随着现代工业的迅速发展，污水中成分日益复杂，土地资源日益紧缺，吸附效率高、污染物负荷高、性能长效持久的新型人工湿地填料的研发成为解决当前人工湿地处理含农药和重金属废水问题的重要途径。

本研究将农业秸秆生物炭与还原铁粉按比例混合，制备沸石基铁炭基质，以降低基质的钝化程度，延长基质的使用寿命，为人工湿地处理农药和重金属提供新的选择。

发明内容

为了克服人工湿地传统填料在处理有机磷农药和重金属方面的不足，本发明提供了一种制备沸石基铁碳人工湿地新型填料的方法。

本发明的一种沸石基铁碳人工湿地新型填料的制备方法采用以下技术方案：

将还原铁粉、秸秆生物炭、沸石粉、可溶性淀粉和碳酸氢铵按比例混合，以此为前驱体，后经短时间高温固化得到沸石基铁碳人工湿地新型填料。

一种沸石基铁碳人工湿地新型填料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将体积比分别为27％、13％、50％、5％和5％的还原铁粉、秸秆生物炭、沸石粉、可溶性淀粉和碳酸氢铵混合；

(2)将步骤(1)得到的混合样品填充到球状模具中，转移到烘箱内，加热进行固化，然后自然冷却至室温，从模具中取出后得到一定尺寸的球状样品；

(3)取成型后的球状样品放入马弗炉，在900℃下烧制2h，固化成型得到沸石基铁碳人工湿地新型填料。

本发明使用的沸石基铁碳，可大量合成且合成方法简单。本发明制备的沸石基铁碳人工湿地新型填料，具备一定的硬度和孔隙率，具有较高的吸附容量和良好的稳定性，可用作废水中有机磷农药和重金属的去除。本发明制备过程简单，不需要昂贵设备，在将来人工湿地填料的大规模应用中具有光明的前景。

附图说明

图1是沸石基铁碳人工湿地新型填料的镉与毒死蜱去除机理图。

图2是沸石基铁碳人工湿地新型填料的制作过程图。

图3是实验室规模人工湿地示意图(人工湿地1：沸石基铁碳底层，无种植；人工湿地2：沸石底层；人工湿地3：沸石基铁碳底层，有毒死蜱和镉流入；人工湿地4：沸石基铁碳底层，有毒死蜱流入；人工湿地5：沸石基铁碳底层，有镉流入)。

图4是沸石基铁碳人工湿地新型填料的SEM、XRD和XPS图。

图5-6是沸石基铁碳人工湿地新型填料吸附有机磷农药、重金属和水质指标的吸附性能图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

本发明的沸石基铁碳人工湿地新型填料的制备方法，首先将还原铁粉、秸秆生物炭、沸石粉、可溶性淀粉和碳酸氢铵按比例混合均匀，填入模具中，后经高温短时间内固化得到沸石基铁碳人工湿地新型填料。

本发明提出的是沸石基铁碳人工湿地新型填料的制备方法，包括以如下步骤：

(1)将体积比分别为27％、13％、50％、5％和5％的还原铁粉、秸秆生物炭、沸石粉、可溶性淀粉和碳酸氢铵混合；

(2)将步骤(1)得到的混合样品填充到球状模具中，转移到烘箱内，加热进行固化，然后自然冷却至室温，从模具中取出后得到一定尺寸的球状样品；

(3)取成型后的球状样品放入马弗炉，在900℃下烧制2h，固化成型得到沸石基铁碳人工湿地新型填料。以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例一：使用污水处理厂的活性污泥对人工湿地基质进行挂膜，定期充氧，并人工投加营养液，促进微生物分泌胞外聚合物。45天后将挂膜成功的砾石逐层填入人工湿地反应器，使用蠕动泵从湿地表面连续进水，水力停留时间为一天。反应器为圆柱状有机玻璃柱(直径16cm，高36cm)，四周用铝箔纸包裹以模拟无光照条件下的湿地环境并避免光照对微生物生长和毒死蜱降解的影响。湿地填料部分高30cm，由下至上分别填充直径3.0～5.0cm左右的砾石(层高约10cm)、直径1.0cm左右的沸石基铁碳人工湿地新型填料(层高约10cm)和直径0.3～0.5cm左右的粗砂(层高约10cm)。由蠕动泵从底部注入水，从出口处采集水样进行测量。砾石用自来水冲洗干净并晒干，然后接种污泥进行挂膜，期间连续投加人工配制的模拟农田排水(COD＝60mg/L，NO₃ ^--N＝10.5mg/L，NH₄ ⁺-N＝1.5mg/L，TP＝1.5mg/L)，人工湿地运行后，定期测定相关指标。

实施例二：实施例二的具体操作步骤及运行条件与实施例一一致，不同之处在于实施例二中中间层沸石基铁碳人工湿地新型填料(层高约10cm)换成沸石(层高约10cm)。

实施例三：实施例三的具体操作步骤及运行条件与实施例一一致，不同之处在于实施例三中有毒死蜱和镉流入。

实施例四：实施例三的具体操作步骤及运行条件与实施例一一致，不同之处在于实施例三中有毒死蜱流入。

实施例五：实施例三的具体操作步骤及运行条件与实施例一一致，不同之处在于实施例三中有镉流入。

应该理解，尽管参考其示例性的实施方案，已经对本发明进行具体地显示和描述，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不背离由权利要求书所定义的本发明的精神和范围的条件下，可以在其中进行各种形式和细节的变化，可以进行各种实施方案的任意组合。

Claims (5)

1.一种沸石基铁碳人工湿地新型填料的制备方法，其特征在于：将铁碳粉按一定比例混合，烧成铁碳陶粒填料，利用零价铁和碳之间的电位差在溶液中自发发生电化学反应而去除有机磷农药和重金属，具有高氧化还原能力和吸附絮凝功能。

2.根据权利要求1所述的一种沸石基铁碳人工湿地新型填料的制备方法，其特征在于：将农业秸秆生物炭与还原铁粉按比例混合，制备的沸石基铁炭基质，可以降低基质的钝化程度，延长基质的使用寿命。

3.根据权利要求1所述的一种沸石基铁碳人工湿地新型填料，其特征在于：沸石基铁炭底物主要由还原铁粉、秸秆生物炭、沸石粉、可溶性淀粉和碳酸氢铵组成，体积比分别为27％、13％、50％、5％和5％。

4.根据权利要求1所述的一种沸石基铁碳人工湿地新型填料，其特征在于：直径大约1cm的球状样品，通过表面电镜分析证明沸石基铁碳人工湿地新型填料有较大的孔隙度。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的沸石基铁碳人工湿地新型填料的制备方法，其特征在于：所述的制备方法如下：

(1)将体积比分别为27％、13％、50％、5％和5％的还原铁粉、秸秆生物炭、沸石粉、可溶性淀粉和碳酸氢铵混合；

(2)将步骤(1)得到的混合样品填充到球状模具中，转移到烘箱内，加热进行固化，然后自然冷却至室温，从模具中取出后得到一定尺寸的球状样品；

(3)取成型后的球状样品放入马弗炉，在900℃下烧制2h，固化成型得到沸石基铁碳人工湿地新型填料。

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