[发明专利]一种水热炭/水化硅酸钙耦合材料、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种水热炭/水化硅酸钙耦合材料、其制备方法及应用。所述材料，其包括质量比例在0.25‑1.25:1之间的水热炭骨架、以及水化硅酸钙固体粉末；所述水化硅酸钙固体粉末均匀的附着在所述水热炭骨架上；采用一步法制备。本发明提供的水热炭/水化硅酸钙耦合材料，通过微波水热处理，将水化硅酸钙负载到水热炭基质上制备成耦合材料，有效防止水化硅酸钙在水体中团聚，同时还能发挥水热炭对磷的吸附作用，相对于水化硅酸钙材料，除磷性能明显提升。

技术领域

本发明属于环境功能材料领域，更具体地，涉及一种水热炭/水化硅酸钙耦合材料、其制备方法及应用。

背景技术

磷是一种不可再生的非金属矿产资源，随着经济社会的快速发展，磷的需求量不断增加。我国磷矿资源较丰富，但贫矿多富矿少，难选矿多易选矿少。磷矿现已被我国自然资源部列入24种国家战略性矿产目录之一。另一方面，目前我国每年的污水排放量约为1300亿吨，其中所排放的磷大约有62.1万吨。污水中大量的磷未经回收而排放，会使我国面临着因水体富营养化而引起水资源短缺和磷资源浪费的挑战。因此，将污水中的磷去除并加以回收利用，不仅能改善水体富营养化问题，提高水资源的可利用率，同时还能节约磷资源，缓解磷资源短缺问题，对社会、经济和环境可持续发展具有十分重要的意义。

水化硅酸钙除磷材料由于结晶产物与磷矿成分相似，无毒无害，回收后有资源回用的潜力，是具有应用前景的除磷材料，然而其除磷性能有待进一步提高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种水热炭/水化硅酸钙耦合材料、其制备方法及应用，其目的在于将水化硅酸钙均匀的负载于水热炭骨架上，一方面通过水热炭的特殊微观形貌为除磷反应提供良好的反应点位，另一方面通过水热炭颗粒状的负载防止水化硅酸钙发生团聚，实现水化硅酸钙除磷材料方便的回收，由此解决水化硅酸钙除磷材料难以回收、易于团聚导致除磷效果不佳的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种水热炭/水化硅酸钙耦合材料，其包括质量比例在0.25-1.25:1之间的水热炭骨架、以及水化硅酸钙固体粉末；所述水化硅酸钙固体粉末均匀的附着在所述水热炭骨架上。

优选地，所述水热炭/水化硅酸钙耦合材料，其水热炭骨架比表面积在1-10m2/g之间，孔隙体积在0.08-0.12cm3/g之间，孔径大小在2-5nm之间，粒度范围在在60-200目筛之间。

优选地，所述水热炭/水化硅酸钙耦合材料，其所述水化硅酸钙固体粉末比表面积5-60m2/g，孔隙体积0.028-0.274cm3/g，孔径大小14.37-34.11nm。

按照本发明的另一个方面，提供了一种所述水热炭/水化硅酸钙耦合材料的制备方法，其特征在于，采用一步法，具体步骤如下：

（1）将粒度在60-200目的水不溶性碳水化合物质量比例10.3-51.5:1，加入到水化硅酸钙前体中，使得钙元素与水不溶性碳水化合物的质量比在1: 1-10之间，获得前体浆料；

（2）将步骤（1）获得的前体浆料，采用微波加热，维持温度100-220℃，进行水热合反应2至10小时，获得水热炭/水化硅酸钙浆料；

（3）将步骤（2）获得的水热炭/水化硅酸钙浆料干燥并研磨，获得所述水热炭/水化硅酸钙耦合材料。

优选地，所述水热炭/水化硅酸钙耦合材料的制备方法，其所述水不溶性碳水化合物优选纤维素基碳源材料。

按照本发明的另一个方面提供改了一种所述的水热炭/水化硅酸钙耦合材料的应用，应用于去除水体中的磷。

优选地，所述应用，其对于含有磷元素20-140mg/L的水体，加入本发明提供的水热炭/水化硅酸耦合材料，使得每60mg磷对应加入0.2-1.0g所述水热炭/水化硅酸耦合材料。