[发明专利]一种聚合物基纳米碳酸镧材料、制备方法、应用及再生方法

说明书

本发明公开了一种聚合物基纳米碳酸镧材料、制备方法、应用及再生方法，属于污水处理领域。一种聚合物基纳米碳酸镧材料，所述聚合物基纳米碳酸镧材料为球形颗粒，包括孔内均匀分布有纳米碳酸镧颗粒的大孔树脂球体；所述聚合物基纳米碳酸镧材料中镧元素质量分数为10.08～14.3％，结晶度为30～95％，所述聚合物基纳米碳酸镧材料对磷的吸附量随结晶度的提高而降低，再生性能随结晶度的提高而升高，对磷的吸附率为24.4～36.5mg/g。本发明的聚合物基纳米碳酸镧材料可以用于高效去除水中不同浓度的磷。

技术领域

本发明属于污水处理领域，更具体地说，涉及一种聚合物基纳米碳酸镧材料、制备方法、应用及再生方法。

背景技术

磷是一种无法替代的生命元素，也是供不应求的自然资源。目前人类需要大量开采磷酸矿来维持粮食供应，但矿储量有限，已日趋紧张。然而开采的磷只有一小部分进入到了动植物体中，大部分都在转移过程中流失，一方面会导致严重的水体富营养化，使水质浑浊恶化，甚至爆发水华、赤潮等；另一方面会通过径流渗透造成地下水严重污染。这些问题都对环境、人体健康构成了极大的威胁。因此从水体中去除磷并回收不仅是解决水污染的关键，对磷资源的循环利用可持续发展也有重要意义。

目前从水体中除磷的主体思路是将磷转化为固体成分再去除，常见的方法有化学沉淀法、生物处理法、吸附法等。其中，吸附法具有成本低，操作简便，去除效率高等特点，是主流除磷手段之一。

Fe(III)、Zr(IV)、La(III)等水合金属氧化物对正磷酸盐有很强的配体吸附作用，并能形成内部球形复合物，从而实现对磷的吸附，已被证明具有高吸附量、高吸附速率、高选择性及抗细菌活性等特点(J Hazard Mater 2015,284,35；J Colloid InterfSci,2012,376,224；J Hazard Mater 2011,186(1),76)。近年来，为解决纳米材料因尺寸效应而易团聚失活、难以回收等不足，纳米复合材料发展迅速(Journal of Materials Science,2017,52(12),7294；Chemical Engineering Journal,2015,271,204)。南京大学研发了“前驱体导入-纳米网孔成核”技术将Fe(III)、La(III)等水合金属氧化物纳米颗粒负载于毫米级大孔交联聚苯乙烯树脂球孔内(ZL 200510095177.5；ZL 201010139529.3；ZL201210524428.7)，这些材料在磷污染水的实际处理中都取得了较好的效果。

镧作为一种丰富的稀土元素，环境友好，价格相对便宜，可提供大量的配位位点，并且在痕量水平也仍表现出对磷酸盐的特异吸附能力，可形成镧-磷酸盐络合物。磷酸镧在水溶液中的pK_sp为26.15，在稀土磷酸盐络合物中最低，且La对于氧化还原条件也不敏感。目前已有部分技术可实现镧负载或改性材料的制备，如发表于《Hydrobiologia》2003年494卷的《Application of Phoslock(TM),an innovative phosphorus binding clay,to twoWestern Australian waterways:preliminary findings》中，澳大利亚CISRO开发了Phoslock，即一种镧改性膨润土，但难以回收或循环使用；发表于《EnvironmentalScienceTechnology》2005年39卷的《Orthophosphate sorption onto lanthanum-treated lignocellulosic sorbents》中的镧改性的木质纤维素，发表于《Chemosphere》2007年69卷的《Removal of phosphate from water by a highly selective La(III)-chelex resin》中的载镧chelex-100树脂，载镧量虽高但利用率低，吸附容量小，同时长期暴露条件下镧溶出多。