[发明专利]一种Fe-Al-Zr无烟煤改性材料及其制备方法和应用

说明书

一种Fe‑Al‑Zr无烟煤改性材料及其制备方法和应用，它涉及无烟煤改性材料及其制备方法和应用。它是要解决现有的天然吸咐材料的吸附容量小、效率低技术问题。本发明的Fe‑Al‑Zr无烟煤改性材料，是以无烟煤为基质，基质表面均匀地附着Fe₂O₃、Al₂O₃和ZrO₂。制法：将无烟煤用KOH溶液处理，得到无烟煤基质；将该基质先加入到硫酸亚铁和氯化铁的溶液中反应，然后向反应液中再加入二氯氧化锆和硝酸铝，得到混合液，混合液水热反应后洗净，烘干，得到Fe‑Al‑Zr无烟煤改性材料。该材料对磷的总吸附量为26～28mg/g，对磷的吸附去除率达98.7％～99.1％，可通过脱附再生循环利用，可用于污水处理领域。

技术领域

本发明涉及无烟煤改性材料及其制备方法和应用。

背景技术

磷元素存在于生物体的各种细胞中，是所有生物体必不可少的营养元素，参与了几乎所有的生物化学反应。作为磷元素的最主要来源，磷矿石是一种不可再生资源。全球的磷矿石开采量每年接近1亿吨，预测其产量峰值将出现了2035年，之后磷资源将呈现短缺状态。因此，需要寻求有效的磷回收手段减少磷矿石的开采，实现磷的可持续利用。生活污水和化肥、食品等工业废水，以及农田排水都含有大量的氮、磷及其他无机盐类。若这些废水不经处理排入河流、湖泊等，将导致水体营养物质增加，从而引起水体富营养化现象。因此，从污水中回收磷，将有望成为同时解决水体富营养化和磷矿石资源危机的有效途径。

吸附法因具有操作简单、高效快速、污染小、吸附剂可再生等特点，是目前处理含磷废水使用较多的一类方法，而吸附容量和吸附效率是影响吸附效果的关键。常用的吸附剂来源包括两类，一类是天然材料，比如高岭土、沸石、无烟煤等，一类是人工合成吸附剂，比如磁性石墨烯、双金属氢氧化物、分子筛等。其中人工合成吸附剂虽然表现出优良的吸附性能，但制备过程复杂、造价昂贵，不适合大面积推广应用。天然材料存在吸附容量小、效率低的问题。

发明内容

本发明是要解决现有的天然吸咐材料的吸附容量小、效率低技术问题，而提供一种 Fe-Al-Zr无烟煤改性材料及其制备方法和应用。

本发明的Fe-Al-Zr无烟煤改性材料，是以无烟煤为基质，基质表面均匀地附着Fe₂O₃、 Al₂O₃和ZrO₂。

本发明的Fe-Al-Zr无烟煤改性材料的制备方法，按以下步骤进行：

一、将无烟煤洗净烘干后，浸泡于浓度为2～6mol/L的KOH溶液中保持24～48h，随后用蒸馏水清洗后，烘干，得到无烟煤基质；

二、称取无烟煤基质、FeSO₄·7H₂O、FeCl₃·6H₂O、ZrOCl₂·8H₂O和Al(NO₃)₃·9H₂O；

三、将FeSO₄·7H₂O和FeCl₃·6H₂O分别溶于去离子水中，混合后再加入无烟煤基质，在搅拌条件下升温至60～80℃后滴加浓度为1mol/L的NaOH溶液，直至反应液的pH值达到8～11，再继续在温度为60～80℃的条件下搅拌1～3h，得到混合液A；将混合液A的温度降至20～30℃，加入ZrOCl₂·8H₂O和Al(NO₃)₃·9H₂O并搅拌2～4h，得到混合液B；

四、将混合液B转移至水热釜内，放在温度为150～180℃的烘箱中反应24～48h，待反应完成后，离心分离，将固相物用水洗干净，烘干，得到Fe-Al-Zr无烟煤改性材料。