[发明专利]一种利用粉煤灰制备水体脱氮除磷增氧复合材料的方法

说明书

本发明属于水处理材料制备及水污染治理技术领域，具体涉及一种利用粉煤灰制备水体脱氮除磷增氧复合材料的方法。本发明以固体废弃物粉煤灰为原材料，通过物理化学方法将其转化成多孔性沸石，并对合成沸石进行金属化合物改性，使其具有特异性氨和磷的吸附功能，再对该沸石进行氧微纳气泡改性，使其可以同时释放和附着氧微纳气泡，并最终制得水体脱氮除磷增氧复合材料。该复合材料应用于污染水体和污染沉积物的治理，具有同步脱氮除磷和对上覆水体和沉积物进行高效增氧的复合功能。本发明制备方法简单、易操作、成本低，原材料丰富，易推广，在废物资源化利用的同时，提供一种新型多功能环保材料。

技术领域

本发明属于水处理材料制备及水环境污染治理技术领域，具体涉及一种利用粉煤灰制备水体脱氮除磷增氧复合材料的方法。

背景技术

粉煤灰是燃煤火力发电厂烟道中收捕下来的细灰，大多呈碱性且难溶，其主要化学成分是SiO₂和Al₂O₃，还含有Fe、Ca、Mg、K等元素，以及未燃烧的碳和少量矿物组分。粉煤灰是我国当前排放量最大的工业固体废物之一，通常每消耗4吨煤就会产生1吨粉煤灰。据估计，2020年我国粉煤灰的产量将达到7.81亿吨，总堆放量将达到30多亿吨，而目前的利用率却不足40％，导致大量土地被占用。此外，大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气，排入水系会造成河流淤塞。因此，粉煤灰的合理处理处置，尤其是资源化利用一直备受关注。

沸石主要是由硅氧四面体[SiO₄]和铝氧四面体[AlO₄]构成的规则的三维骨架结构，有丰富的孔隙和巨大的比表面积，且骨架中带有永久负电荷，可吸附金属离子，具有很强的离子交换能力，尤其对水中的NH₄⁺有较强的选择吸附性，可作为水体脱氮材料。而粉煤灰中SiO₂和Al₂O₃的含量一般在70％以上，可在较温和的条件下通过一定的物理化学方法转化成沸石。因此，将粉煤灰合成沸石并用于水污染治理，一方面能够解决粉煤灰的资源化利用问题，另一方面还能治理污染水体，对于粉煤灰的处理处置是一个非常好的途径。

高浓度的氮和磷是引起水体富营养化的主要原因。在外源污染得到有效控制的前提下，需要采取原位的内源氮磷释放控制措施，然而在实际应用中，单纯的采用原位同步脱氮除磷措施对富营养化的控制效果并不明显，这主要是因为富营养化水体往往会造成水体和底部沉积物的缺氧，而缺氧会促进沉积物中污染物，尤其是内源磷源源不断的释放，并最终削减了富营养化的控制效果。因此，在对富营养化水体等有脱氮除磷需要的天然水体进行治理的时候，需要同时采取相应的增氧措施。而常见的增氧材料主要是以过氧化钙(镁)为核心物质的固体释氧剂，该材料采用化学方法进行增氧，会增加水体的碱性，具有一定的生态毒性，不符合当前绿色环保的治理理念。

与此同时，现有的水处理材料功能较单一，有脱氮除磷功能的材料通常不能用来增氧，有增氧功能的材料脱氮除磷性能不佳，鲜少见到高效的具有水体脱氮除磷和增氧功能的复合环保材料。因此，开发具有水体脱氮除磷增氧功能的新型多功能环保材料是应对当前复杂的水污染现状的必然趋势，也是环保材料领域的一个新挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，为粉煤灰的资源化利用提供一种新途径，同时利用粉煤灰合成的沸石制备得到一种水体脱氮除磷增氧复合材料，并将其应用于水污染治理和沉积物内源氮磷污染控制。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用粉煤灰制备水体脱氮除磷增氧复合材料的方法，包括如下步骤：

a、合成沸石：以粉煤灰为原料，添加外源硅和/或铝，通过物理化学方法合成多孔性沸石；所述粉煤灰于80～120℃烘干，粉碎至40～400目；所述物理化学方法为水热法、碱熔融法、盐热法和晶种法中的一种或几种；制备得到多孔性沸石并粉碎至40～400目；