[发明专利]一种碳酸镧改性Fe3

说明书

本发明属于环境废水处理领域，公开了一种碳酸镧改性Fe₃O₄@C复合吸附材料及其制备方法和应用。该吸附剂的制备方法包括以下步骤：利用溶剂热法制备Fe₃O₄纳米颗粒；再将Fe₃O₄用水热法包覆一层碳层；最后利用沉淀沉积法在Fe₃O₄@C载体上负载碳酸镧，得到复合除磷吸附剂。本发明具有很强的磁性，吸附剂可在吸附结束后外加磁场进行固液分离回收。碳包覆使得Fe₃O₄不易被氧化，且提高了材料活性物质的分散性；碳酸镧对磷酸盐有极强的亲和力，可以对酸性或中性的含磷废水实现高效吸附。

技术领域

本发明属于环境吸附领域，特别涉及一种碳酸镧改性Fe₃O₄@C除磷吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

磷是人类及各种动植物、细菌生命活动的重要元素，但是大量的含磷废水排放可能会导致水体的富营养化。磷的自然循环是十分缓慢的，富营养化的水体会引起藻类繁殖、水质恶化、水生生物死亡等一系列环境问题。因此，对含磷废水进行处理十分必要。

当前已经研发出很多种水体除磷的方法，包括化学沉淀法、膜分离法、生物法以及吸附法等。在众多的方法中，吸附法由于操作简单、成本低、适用范围广以及无二次污染等优点而被广泛关注。

镧是地球上相对丰富、环境友好的稀土元素之一。镧及其化合物对磷有特异的吸附性能，即使在痕量的情况下都有很强的亲和力。目前，在环境除磷剂中常用的活性镧化合物是氢氧化镧或氧化镧。例如中国专利公开文本CN104722271A公布的一种膨胀石墨负载氢氧化镧除磷吸附剂；中国专利公开文本CN105214629A公布的一种生物质基纳米氧化镧除磷复合吸附剂。但这两种镧化合物在与磷酸盐结合时，会由于配位交换使得溶液pH快速增加，从而导致其吸附效率明显降低。因此，改变镧化合物中的阴离子，减少吸附过程中由于pH的改变对体系的影响，是提高吸附剂除磷效率的方法之一。

碳酸镧是镧的另一种化合物形态，它高度难溶，且在和磷酸盐进行交换时对溶液的pH影响较小。碳酸镧因为对人类和生物有着相对较低的毒性，现已经被美国食品和药物管理局(FDA)批准为治疗高磷血症的粘合药剂。尽管碳酸镧在医学领域已经得到很好研究，但应用于环境含磷废水处理中的报导还比较少。

传统的吸附剂在使用时会存在难以分离再生的问题，开发一种磁性复合材料是很好的解决办法。Fe₃O₄由于具有强磁性、制备工艺简单等优点而被广泛应用。遗憾的是，Fe₃O₄在空气中容易发生氧化，进而导致粒子发生团聚、磁性减弱。为了克服这一点，很多研究者尝试对Fe₃O₄颗粒的表面覆盖一层惰性壳层，这种方法在防止Fe₃O₄氧化的同时，还使得材料产生空间位阻斥力，提高复合吸附剂的分散性及比表面积。例如中国专利公开文本CN103964538A公布了一种CeO₂改性的SiO₂包覆Fe₃O₄磁性磷吸附剂。但该公开文本的磷酸盐吸附效果明显弱于其他专利中的镧化合物改性的吸附剂。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种碳酸镧改性Fe₃O₄@C除磷吸附剂的制备方法。

本发明的另一个目的在于提供上述方法制备的碳酸镧改性Fe₃O₄@C除磷吸附剂，该吸附剂不仅吸附性能强，而且还具有强磁性，方便分离回收。

本发明的再一个目的在于提供上述碳酸镧改性Fe₃O₄@C除磷吸附剂在磷酸盐吸附中的应用。