[发明专利]一种无机离子改性沸石复合材料及其应用

说明书

技术领域

本发明属于环境化工技术领域，特别是一种无机离子改性沸石复合材料混合及其应用。

背景技术

水体富营养化(eutrophication)是指由于大量的氮、磷、钾等元素排入到流速缓慢、更新周期长的地表水体，使藻类等水生生物大量地生长繁殖，使有机物产生的速度远远超过消耗速度，水体中有机物积蓄，破坏水生生态平衡的过程；富营养化的水体透明度降低，阳光难以穿透水层，影响水中植物光合作用，造成溶解氧的过饱和状态，造成鱼类大量死亡，同时水体表面蓝藻、绿藻等水藻大量繁殖，形成水华，其产生的大量硝酸盐和亚硝酸盐，危害人类应用水安全。

目前普遍认为工业尾水和城市污水处理厂排水是是造成接受水体富营养化的N、P主要来源，我国自2003年7月1日起实施《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）国家一级A标准后，对城镇污水处理厂氨氮、总氮和总磷提出了新的要求（NH₄⁺-N<8mg/l、TN<15mg/l、TP<0.5mg/l），严格控制出水中N、P含量；目前国内城市污水普遍采用A/A/O等工艺处理城市污水，但现有工艺中存在碳源、泥龄、硝酸盐等问题，使已有的传统脱氮除磷工艺对氮、磷的去除效率不佳，出水难以稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918－2002)一级A标准，出水中氮、磷的含量依然偏高。简单、有效的除去城市污水生化二级出水已成为一个亟待解决的问题。

类水滑石是一类二维纳米阴离子粘土，其组成通式可表示为：

[M_1-x²⁺M_x³⁺(OH)₂]^X+(A^n-)_x/n·mH₂O，其中M²⁺指二价金属阳离子，M³⁺指三价金属阳离子，A^n-为层间可稳定存在的-n价阴离子，n为阴离子价数，x为每摩尔类水滑石中M³⁺的摩尔数（0.20<x<0.33）,m为每摩尔类水滑石层间结晶水的摩尔数；具有水滑石层状结构，因其片层元素组成和电荷密度可调、层间客体分子、晶体尺寸可控，以及生物毒性低等优点。已在有机催化、聚合物添加剂、生物医药和环境保护等诸多领域呈现了良好的应用前景，特别是，因层板上部分M²⁺和M³⁺取代而产生过剩的正电荷，可以吸引层间阴离子客体来平衡，也可以通过离子交换的方式插入其他阴离子型客体分子，因此类水滑石对阴离子物质吸附去除方面拥有先天性去除优势，但对阳离子无明显吸附效果。据《类水滑石的制备及其对水中硝酸盐的去除研究》（徐盼等，华南理工大学.2013）一文报道Mg/Fe类水滑石在室温和PH为8的条件下，在NO₃-N（硝态氮）的初始浓度为100mg/l的情况下对NO₃^—-N的去除效率可以达到96%，然而对低浓度的NO₃^--N文章没有涉及；还有相关文献报道了Mg/Al类水滑石对初始磷酸根离子浓度为10mg/l的去除效率可到达90%，针对更低浓度的磷酸根离子实验未见报道[Akihiro Shimamura，Mark I. Jones，Anionic surfactant enhanced phosphate desorption from Mg/Al-layered double hydroxides by micelle formation. Journal of Colloid and Interface Science.2013，411:1-7]。可见，类水滑石对一定浓度的硝态氮和磷酸根离子具有良好的去除效果，然而类水滑石在制备过程中陈化时间较长，在陈化过后的洗涤过程中不宜分离，制约了类水滑石的发展。