[发明专利]铵离子交换材料的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，特别是涉及一种铵离子交换材料的制备方法和应用。

背景技术

目前，国内外废水脱氮方法有许多。处理实用性较好的技术主要有：生物脱氮法；吹脱法、折点氯化法、离子交换法。生物脱氮在处理废水的过程中还存在仍具有污染的亚硝酸根、硝酸根和氨氮，限制了生物脱氮的应用范围。吹脱法最大的缺点是氨只是发生了转移，由水中的污染转为大气的污染，并只适用氨氮浓度高的废水处理。折点氯化法脱氨氮率高，但液氨安全使用和存储要求高。离子交换法具有适应性强、受温度影响不大和受入水氨浓度的变化的影响甚微等优势。离子交换法中典型通用的方法是用沸石做脱氮材料，该法成本低、设备小、对氨氮有较好的选择性，但是其除氨效果不理想且再生费用高。目前已转向其它更加易得和易再生的粘土材料的研究。

发明内容

本发明以水洗高岭土为载体，经煅烧改型、碱改性赋予其钠型官能团，制备污水脱氨氮高性能铵离子交换材料的方法。使其具有较高的铵离子交换容量，以用于水处理过程中氨氮的脱除，适用于大规模工业生产，具有较高的经济效益。

高岭土颗粒细微具有很大的残缺表面，层间结合力较弱，并且存在着层间结构的不饱和和填充扭曲。同时高岭土的孔径和酸性具有可调变性，这些特点提供了应用物理或化学的处理方法改变其结构的可能性，使它在离子交换方面有着广阔的发展前景。

改性粉体材料直接用于水处理脱除氨氮，会导致固液分离困难，而且在处理过程中，粉体会增加所处理水的水头损失。因此，为了提高材料的实际应用性能，需将粉体材料制备成一定直径的球形颗粒方便固液分离。医药用挤出-滚圆机的引入可以将制备的粉体材料制成一定粒径的颗粒，以方便固液分离，减少水头损失

本发明提供了一种高性能铵离子交换材料的制备方法和应用：

本发明的一种铵离子交换材料的制备方法，其特征是包括步骤如下：

1).将高岭土∶改性剂∶蒸馏水质量份数比＝(1-1.5)∶1∶(1.5-2.5)混合物搅拌均匀后，90-95℃水浴4-6小时后洗涤至产物表面pH值为7-8；

2).将步骤1)的材料高温煅烧后研磨、筛分，煅烧条件为：升温速率为2-3℃/min，煅烧温度为600-650℃，保温时间为2-3h，筛的数目为200-300目；得粉体铵离子交换材料。

本发明的铵离子交换材料的应用，为了提高材料的实际应用性能，将粉体材料制备成粒径为1-1.5mm的颗粒以方便固液分离。

1).在铵离子交换材料中加入硅酸钠做粘结剂，聚乙二醇-6000做造孔剂，铵离子交换材料∶粘结剂∶造孔剂质量份数比＝(8-11)∶1∶(2-3)；混合均匀后加入水，液固比为1ml-1.5ml/5g；搅拌混合物制备成湿度均匀的原料，放入挤出-滚圆机；

2).利用挤出-滚圆机将粉体材料制成颗粒时，挤出速度为15-18r/min，滚圆速度与时间为先1000r/min滚圆1-2min，然后1200r/min滚圆2-3min。从而将粉体材料制成粒径为1-1.5mm的颗粒；

3).利用挤出-滚圆机将粉体材料制成颗粒后进行煅烧，升温速率10-12℃/min，煅烧温度为550-650℃，保温1-2h，降温速率为3-5℃/min。

本发明经煅烧改型、碱改性赋予其钠型官能团，制备污水脱氨氮高性能铵离子交换材料的方法。由于粉末状的粘土类矿物材料不利于工业应用，本方法利用医药用挤出-滚圆机将制备的粉体材料制成粒径为1-1.5mm的颗粒，以方便固液分离，减少水头损失。所得铵离子交换材料的铵离子交换容量大于75mgNH₄⁺-N/g，较以往材料的铵离子交换容量有了大幅度的提高，可用于水处理过程中氨氮的脱除。通过实验室静态氨氮脱除实验，利用公式：氨氮去除率(％)＝(原溶液铵离子浓度-平衡后溶液铵离子浓度)/原溶液铵离子浓度×100％，高性能铵离子交换材料的氨氮去除率可达90％以上。本发明高性能铵离子交换材料的原料廉价易得，制备方法简单易行，适用于大规模工业生产，具有较高的经济效益。

具体实施方式

实施例1