[发明专利]一种去除水中硝酸盐吸附材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种去除水中硝酸盐吸附材料及其制备方法，(1)称两种金属前驱体制备成混合溶液；(2)将多孔碳材料加入混合溶液中进行搅拌，形成分散体系；(3)用碱液将混合物的pH值调节到10；(4)用磁力搅拌器进行周期性搅拌，在室温下静置24h，获得的复合材料在80‑100℃恒温真空干燥箱烘干10‑12h；(5)自然冷却至室温后研磨；(6)放入铝制瓷舟里并在管式炉中氮气的条件下在焙烧1‑2h；(7)焙烧后用去离子水洗涤脱水；(8)用真空干燥箱70‑80℃下烘干10‑12小时。本发明提碳基材料的结构可用作支撑LDH的基质，LDH可保证复合材料优异的离子交换能力；制备方法简单，对硝酸盐氮去除效果好，且去除率受体系pH值和硝酸盐初始浓度影响较小。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，特别是渉及一种去除水中硝酸盐吸附材料及其制备方法。

背景技术

随着社会经济的发展，水中过量的硝酸盐已成为全世界严重关注的环境问题。硝酸盐污染主要来自农业径流、动物粪便、化粪池系统和工业排放等。水中过量硝酸盐对人类健康和水环境安全构成了严重威胁。过量硝酸盐排放到水体中会造成水体富营养化，或者其还原为亚硝酸盐时会对人类健康造成严重威胁，如造成高铁血红蛋白症、癌症和肝脏损害等。美国环境保护署(EPA)规定的饮用水最大污染水平为10mg/L NO₃^--N，而世界卫生组织(WHO)饮用水的最高污染水平为50mg/L NO₃^--N。为防止硝酸盐的污染，在排入水体前应采用适当的工艺对含硝酸盐废水进行有效处理。然而，在大多数城市污水处理厂中，由于缺乏碳源或不当操作等原因，常规生物处理技术对NO₃^--N的去除效果通常较差。因此，为降低污水处理厂排放总氮水平，必须采取有效的技术去除水体中的硝酸盐。

水体中去除硝酸盐技术有多种，如使用零价铁、零价镁、反渗透、离子交换、电渗析、催化反硝化和生物脱氮等。然而，这些常规处理技术都存在一些固有的缺陷，难以在污水处理领域大规模推广。如零价铁还原工艺会产生铵盐以及改变水体初始pH；生物脱氮工艺难以应用于无机废水，需投加额外的有机质作为电子供体；离子交换、反渗透和电渗析技术会产生的高含盐量NO₃^-浓缩液，并且工艺复杂成本较高。吸附技术因其具有性能优良、操作简单、成本低、占地面积小等优点，被认为是一种有效的水处理技术。吸附技术可以去除或减少水体中不同类型的有机和无机污染物，吸附过程可同时去除多种不同类型的无机阴离子，如氟化物、硝酸盐、溴酸盐和高氯酸盐等。

活性炭吸附工艺由于具有适应性强、操作灵活、无副产物等特点被认为是应用于城市污水深度处理最经济可行的选择。活性炭吸附技术可以显著提高污水厂的出水水质，如可明显降低BOD、COD、SS、色度以及多种环境敏感微污染物排放。然而，由于传统活性炭材料本身特性和工艺的限制，现有活性炭吸附技术对总氮尤其是硝态氮的去除效率不高，这已成为影响活性炭吸附技术在污水深度处理领域进一步推广的重要因素。因此，开发对硝态氮具有高吸附能力、低成本、来源稳定的活性炭材料对对活性炭吸附技术在污水深度处理领域的推广和改善区域水环境具有重要的意义。

碳基吸附剂表面改性可以增强其对硝酸盐的吸附，表面改性的主要技术有：质子化、金属和金属氧化物浸渍、胺基接枝和有机改性等。这些改性可以通过引入新的表面官能团来改变活性炭的表面积和孔体积以及表面化学特性，从而改变其对硝酸盐的吸附能力，并且研究发现表面化学而非结构性质似乎在硝酸盐摄取中起关键作用。然而，几种常见的改性方法均存在一定弊端，如金属和金属氧化物改性吸附剂对硝酸盐吸附选择性低并且去除率不高；表面活性剂和胺基接枝改性会存在改性剂溶出问题。通过表面改性方法制备对硝酸盐具有高选择性的碳基吸附剂并不是有效的方法。

发明内容

本发明提出一种去除水中硝酸盐吸附材料及其制备方法，制备对硝酸盐具有选择性去除效果的LDH多孔碳复合材料，提高对硝酸盐的去除效率，降低成本。

具体的技术方案为：