[发明专利]一种高效钙基海泡石磷吸附剂的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于水污染治理技术领域，涉及一种污染水体及污染底泥中磷吸附材料的制备方法及其应用，具体地说，涉及一种高效钙基海泡石磷吸附剂的制备方法及其应用，是将天然富钙海泡石黏土矿物改性成为具有高效固磷性能的吸附剂，并将其用于工业或生活污水、富营养化水体中的磷污染吸附去除，以及河道、湖泊及湖滨湿地等水生态系统中污染底泥中的磷污染的吸附固定。

背景技术

水体富营养化问题已成为全球范围内的环境污染问题。在我国，85.4％的面积大于10km²的湖泊处于富营养化状态，其中40.1%的湖泊处于重度富营养化状态。此外，一些大型河流、水库也都处于半富营养化或富营养化状态。富营养化污染严重破坏了水体生态环境，威胁水生生物的生存和人类的健康。

大量的研究已经表明，磷是造成水体富营养化的限制性因子，控制和降低水体磷浓度是治理水体富营养化最有效的方法。目前，固磷技术主要归纳为化学法、生物法和吸附法。生物法除磷主要是利用生物和微生物的作用，能达到较高的去除效率，但生物法除磷去除效果不稳定，易受环境中温度、pH等因素的影响，且生物法除磷存在重新释放造成二次污染的可能性。化学法在特定的条件下可以达到较好除磷效果，但一般对化学药剂的消耗量大，工艺复杂，成本较高，且易产生二次污染。吸附法是通过离子交换、电性吸附以及反应沉淀等方式去除污染水体中的磷，其可以在一定程度上克服二次污染的问题，同时还具有除污效果好、使用和操作方法简单、费用低廉等特点，因此受到普遍的关注。

黏土矿物由于其自身的纳米结构等特点，使其具备了对污染物较强的吸附性能，同时还有在自然界储量大、价格低廉等特点，由此成为了制备污染物吸附剂的热点和新的发展方向。

以往基于黏土矿物制备除磷吸附剂的方法多是基于化学改性（酸、碱以及铝铁镧盐等）以及物理化学复合的方法，所使用的化学试剂在一定程度上会对水生态系统会产生污染和危害，操作方法相对繁琐，由此会显著增加吸附材料的成本。此外，利用上述方法制备的吸附剂由于材料自身的理化性质使材料不具备广谱性的吸附性能（如受pH值限制、吸附效率受制于磷的浓度等）。例如，200510063410.1披露了一种固定天然水体以及湖底沉积物中的磷的材料制备方法和固磷技术，是利用稀土元素(例如，镧、锆等)的氯化盐、硝酸盐或者是两者的混合溶液，处理粘土，得到一种高效固磷材料，并用其固定淡水水华、湖底沉积物以及河道中的磷。

天然富钙黏土矿物（例如富钙海泡石）通常被用来作为磷的吸附剂，然而由于天然富钙材料中的钙质成分通常为碳酸盐类钙盐，其对磷的吸附固定量不高，对于低浓度含磷污水去除率过低、施用pH值范围过窄，从而极大限制了天然富钙黏土矿物作为磷吸附剂的应用范围。因此，必须通过适当的方法将其活化，以增强其对磷的吸附效率和能力。

发明内容

本发明基于现有技术中磷吸附剂及吸附除磷方法中存在的上述问题，提出一种高效钙基海泡石磷吸附剂的制备方法，不仅操作方法简单、成本低廉，且制备出具有广谱性、环境友好型的吸附剂，将该吸附剂用于吸附除磷，不仅能够高效去除工业生活污水、富营养化水体中的磷，而且还能够将湖泊、河道等水生态系统污染底泥中的活性磷转化为惰性磷，有效控制水体富营养化问题。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：一种高效钙基海泡石磷吸附剂的制备方法，其特征在于，将天然富钙海泡石原矿机械粉碎至粉末，恒温干燥后直接加热改性，制得所述的钙基海泡石磷吸附剂。

本发明方法通过热处理使天然富钙海泡石中的惰性钙得到活化同时提高了其等电点位，并使矿物组成进行重组和反应，由此显著提高了原状富钙海泡石对磷的固定容量和吸附效率，从而生成对磷具有较强吸附和固定效果的钙基海泡石吸附剂。

本发明中所述的富钙海泡石，其中海泡石质量含量为30～50％，钙质矿物白云石含量为10～20％，方解石含量为10～20％。

本发明方法中，所述的富钙海泡石原矿机械粉碎至小于100目的粉末。

本发明的方法中，所述的富钙海泡石粉末优选在105℃下恒温干燥至恒重。

本发明所述的方法中，富钙海泡石加热改性温度为600～1000℃，加热时间为0.5～2小时。加热的最佳温度为900℃，加热最佳时间为0.5小时。

本发明还涉及所述方法制得的钙基海泡石磷吸附剂用于吸附去除污染水体中磷污染的应用。