[发明专利]用于除磷的铁锰二元金属氧化物改性陶粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及一种水处理除磷填料的制备方法及所得产物。

背景技术

水环境中过量的磷会引起水体富营养化，致使藻类及水生植物过度生长，大量消耗水中溶解氧，导致鱼类及其他水生生物死亡。因此如何高效去除水体中的磷以控制水体富营养化一直以来都是水处理领域的研究热点。

国内外常用的水中除磷方法有化学法、生物法和吸附法等。其中吸附法除磷以其高效、廉价、使用范围广、无二次污染等优点近年来受到越来越多的关注。吸附性能优良的吸附剂是决定吸附法除磷效果的关键因素，但目前常用的除磷吸附剂往往由于吸附容量低而导致操作周期较短和操作费用上升。因此，研发吸附容量大、绿色安全的新型除磷吸附剂成为近些年的研究热点。

传统的无定形态铁氧化物在自然界中普遍存在且储量丰富,是应用较为广泛的除磷吸附剂。但无定形态铁氧化物易随沉淀时间老化，使无定形态逐渐趋向于形成整齐的结晶态，导致吸附容量降低，限制了其在水处理中的应用。有研究表明，两种或两种以上材料的复合吸附剂不仅拥有各种吸附剂的优点，还会产生协同作用，强化吸附能力。因此为防止铁氧化物形成完整结晶，保持其吸附容量，常采用其他金属氧化物与无定形态铁氧化物吸附剂同步合成制备二元金属吸附剂。锰氧化物具有等电点低、隧道或层状结构独特及表面电荷高等特点，可通过吸附约束某些微量元素的生物有效性，也是除磷工艺中重要的金属氧化物体系之一。采用共沉淀法制备铁锰二元金属氧化物，不仅可保持铁氧化物的吸附除磷容量，还可产生协同吸附除磷作用，强化吸附除磷能力，且由于铁、锰氧化物都具备生态友好性，因此不会产生水质污染问题。但是，采用共沉淀法制备所得的铁锰二元金属氧化物除磷吸附剂往往呈纳米级别，易于流失，导致出水水质变差。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明的目的是提出一种用于除磷的铁锰二元金属氧化物改性陶粒的制备方法。

本发明的另一目的是提出所述制备方法制备得到的改性陶粒。

实现本发明目的的技术方案为：

一种用于除磷的铁锰二元金属氧化物改性陶粒的制备方法，其特征在于，包括步骤：

1)陶粒和高锰酸钾溶液混合，在搅拌状态下加入硫酸亚铁溶液；其中陶粒和高锰酸钾溶液的质量体积比为8g：10-30mL，加入硫酸亚铁溶液后继续搅拌18-25小时；

2)搅拌结束后，将陶粒从反应混合物中分离后烘干，于280-550℃烧结2-6h，取出后冷却即得铁锰二元金属氧化物改性陶粒。

陶粒包括黏土陶粒、砂页岩陶粒、火山岩陶粒和粉煤灰陶砂等，本申请采用火山岩陶粒作为铁锰二元金属氧化物的载体，在制备过程中，密度小于1g/cm³的轻质陶粒浮在反应溶液液面上，不能有效地与铁锰结合；机械强度差的陶粒在搅拌和烧结的过程中容易破碎；页岩陶粒孔隙率较低，负载量小且不均匀。经过对多种陶粒的实验比较，得知火山岩陶粒悬浮性能和负载性能均优于其他陶粒。

优选地，所述陶粒为火山岩陶粒，粒径为1-2mm。

火山岩陶粒具有比表面积大、孔隙率高、机械强度好且生物化学稳定性强等特点。其性能又优于砾石、石英砂等载体。

其中，所述步骤1)中高锰酸钾和硫酸亚铁的摩尔比为1:1-9。

优选地，高锰酸钾和硫酸亚铁的摩尔比为1:4-6。

优选地，所述步骤1)中高锰酸钾溶液浓度为0.1-0.5mol/L，陶粒质量和高锰酸钾溶液的体积比为8g：15-22mL。

其中，所述步骤1)中，缓慢加入硫酸亚铁溶液，同时用碱液控制反应混合物的pH值为9.5-10.5；所述碱液为浓度0.1-8mol/L的氢氧化钠溶液。

优选地，所述步骤2)中，搅拌结束后，用0.1-1.5mol/L的酸溶液调节反应混合物的pH值为6.8-7.5，然后将陶粒从反应混合物中分离后烘干；所述酸溶液为盐酸溶液。

本申请用于调节pH值的酸溶液采用盐酸溶液。常规酸溶液可以是硫酸或磷酸溶液，但发明人在实验中发现，使用硫酸溶液中硫酸根离子对陶粒制备有干扰。另一方面，制备的陶粒用以去除磷，因此不能用磷酸溶液调pH值，并且磷酸有毒性，不宜于水处理材料制备。

更优选地，所述步骤2)中，陶粒分离烘干后，于380-450℃烧结2-3h。

本发明所述的制备方法制得的改性陶粒。

本发明所述的改性陶粒在水处理中的应用。