[发明专利]凹凸棒石粘土－氢氧化铝/铁纳米复合吸附剂、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及吸附剂，更具体地说是涉及一种以凹凸棒石为载体的吸附剂、其制备及其在处理水中低浓度磷、砷、氟中的应用。

背景技术

近年来，水体中磷的含量急剧上升，过量的磷一方面来自工业废水和生活污水的面源污染；另一方面还有其内源作用，即水体中的底泥在还原状态下会释放磷酸盐，从而增加磷的含量。磷的富营养化主要发生在湖泊、水库、海湾、平原河沟和沟渠、城市河流、城市景观水体等自净能力较差水域。近年来，渤海地区连续发生的赤潮是与海水中磷、氮营养性物质含量较高有直接关系。有关单位的研究结果表明，我国一些城市湖泊、水库都已达到中等营养化及重富营养化水平。富营养化污染已成为目前世界各国所共同面临的重大环境问题。

目前我国污水处理率不高，大多数污水处理厂不具备经济有效的除磷工艺和方法，尤其是对低浓度的含磷废水。

常用的废水除磷的方法有生物法，化学法和吸附法。生物法除磷出水磷酸盐磷浓度一般在0.5mg/L以上，大大高于地面水体磷浓度标准。化学法除磷需要与生物处理结合，否则形成的磷酸盐沉淀很难从水中沉淀分离出来。吸附法除磷是利用吸附剂提供的大比表面积，通过磷在吸附剂表面的吸附、离子交换或表面沉淀过程，实现磷酸盐从废水中的分离。吸附法除磷工艺简单，运行可靠，可以作为生物法除磷的必要补充，也可以作为单独的除磷手段。但目前所用的工业吸附剂对磷的吸附选择性低、吸附容量小，导致处理成本高。

对于高砷、高氟地下水在我国农村和中小城镇饮用水中存在的严重问题，我国将在11.5期间着力解决。高效的除砷和氟吸附剂材料和水处理方法是国家迫切需要的技术。国内外都有利用矿物作为载体，附着稀土、铝、铁氢氧化物作为活性组分，吸附处理高砷、高氟地下水的报道，例如以沸石、河沙作为载体，经稀土、铝、铁盐等活化处理，吸附处理高砷、高氟地下水。但是，这些矿物材料的比表面积低，吸附效果不够理想。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种高比表面积、高吸附容量、低成本的凹凸棒石粘土-氢氧化铝/铁纳米复合材料，以其作为吸附剂，用于处理水中低浓度磷、砷、氟。

本发明同时提供吸附剂的制备方法及其在用于处理水中低浓度磷、砷、氟的方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明凹凸棒石粘土-氢氧化铝/铁纳米复合吸附剂的特点是通过纳米复合，在凹凸棒石矿物表面负载铝氢氧化物或负载铝和铁氢氧化物混合物，按重量百分比，铝氢氧化物或铝和铁氢氧化物混合物在复合吸附剂中的含量为5-50％；所述铝和铁氢氧化物混合物中铝氢氧化物的含量不小于铁氢氧化物。

本发明复合吸附剂的特点也在于：

所述凹凸棒石粘土中按重量百分比含有：凹凸棒石50-80％，白云石10-30％，石英和长石杂质含量不大于10％。

形成复合在凹凸棒石表面的铝氢氧化物和铁氢氧化物所使用的铝、铁化合物为易溶化合物，所述易溶化合物为铝和铁的硫酸盐、硝酸盐、氯化物盐，以及聚合铁和聚合铝中的一种或几种。

本发明凹凸棒石粘土-氢氧化铝/铁纳米复合吸附剂的制备方法，其特点是按如下步骤操作：

a、选择凹凸棒石含量不小于50％的凹凸棒石粘土矿石，预先堆存、均化；

b、向凹凸棒石粘土原料中加水，调节凹凸棒石粘土与水的质量体积比为2～3g/mL，经剪切挤压成为凹凸棒石粘土片状物；

c、所述凹凸棒石粘土片状物干燥后粉碎成为通过200目筛的凹凸棒石粘土粉体；

d、将10g凹凸棒石粉体加入100mL水中，搅拌致凹凸棒石粘土成均匀的浆状，加入5～10gAlCl₃和0～4g FeCl₃，持续搅拌到铝离子和铁离子水解完全，至无气泡产生，脱水成泥饼状，得到吸附剂。

本发明制备方法的特点也在于：

所得吸附剂经进一步干燥、粉碎得到粉状吸附剂；对于所述粉状吸附剂进一步造粒、干燥得到吸附剂颗粒。

所述干燥温度不高于80℃。

本发明凹凸棒石粘土-氢氧化铝/铁纳米复合吸附剂用于水处理的方法的特点是将所述吸附剂配成悬浮液直接投加到被处理水体中，或将吸附剂颗粒装填成为固定床吸附柱置。所述被处理水体中可溶性磷的浓度小于5mg/L时，或水中砷浓度小于0.1mg/L，或氟浓度小于2mg/L时，每100ml被处理水吸附剂用量不大于0.1g。

本发明复合吸附剂用于水处理方法的特点也在于：所述被处理水为生活污水处理厂出水、湖水、河流水或景观水，或高氟、或高砷的地下水。