[发明专利]一种用于选择性除磷的凝胶球吸附剂及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种用于选择性除磷的凝胶球吸附剂及其制备方法与应用。本发明制备方法包括步骤：将纳米氧化钇(Y₂O₃)充分分散于水中，得到氧化钇分散液；加入海藻酸钠(SA)，充分溶解，得到混合液；将混合液逐滴滴加至CaCl₂水溶液中，形成凝胶球，然后经洗涤得到凝胶球吸附剂。本发明制备方法简单；所得吸附剂稳定性好，能够选择性高效去除水中的磷酸盐，且易于从水中分离，分离工艺简单。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种用于选择性除磷的凝胶球吸附剂及其制备方法与应用。

背景技术

磷(P)，作为一种营养元素，是生命体所必需的关键性元素之一，但是如果水体中的磷含量过多，会导致水体富营养化等问题，严重危害水生生物和水体环境。磷主要以磷酸盐的形式存在于天然水环境中，近年来随着经济的迅速发展，含磷的农药、化肥和洗涤剂等产品广泛应用于农业和工业中，过量的磷酸盐若不经处理直接排入水体，会加速富营养化的过程，从而引起藻类等水生生物的异常生长，这使得对水体中磷酸盐有效地去除和回收具有重要意义。

目前，关于含磷废水处理领域，已经开发了多种处理技术，包括：化学混凝、沉淀、生物处理、离子交换和吸附等。然而，越来越严格的除磷法规对传统的除磷技术提出了挑战。例如，化学沉淀面临金属盐的高剂量要求和污泥生成率显著增加的问题；生物降解面临系统稳定性的影响，如有机负荷、有毒物质和反应器运行参数；物理方法比如电渗析面临高耗能和低选择性问题。由于吸附技术相对简单、成本相对较低、不产生污泥，通常被认为是有效的技术。然而，选择性去除率低、稳定性差、分离工艺困难、制备方法复杂等限制了部分吸附剂在磷酸盐吸附中的实际应用。

因此，亟需研究一种磷酸盐选择性去除率高、稳定性好、分离工艺简单、制备方法简便的吸附剂。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于选择性除磷的凝胶球吸附剂及其制备方法与应用。本发明制备方法简单；所得吸附剂稳定性好，能够选择性高效去除水中的磷酸盐，且易于从水中分离，分离工艺简单。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于选择性除磷的凝胶球吸附剂，所述吸附剂是粒径为1.8-2.4mm的表面褶皱、粗糙的球状凝胶颗粒。

根据本发明优选的，凝胶球吸附剂由海藻酸钠和纳米氧化钇为主要原料制备得到；球状凝胶颗粒中，纳米氧化钇均匀分散于球状凝胶颗粒表面或内部。

上述用于选择性除磷的凝胶球吸附剂的制备方法，包括步骤：

(1)将纳米氧化钇(Y₂O₃)充分分散于水中，得到氧化钇分散液；加入海藻酸钠(SA)，充分溶解，得到混合液；

(2)将混合液逐滴滴加至CaCl₂水溶液中，形成凝胶球，然后经洗涤得到凝胶球吸附剂。

根据本发明优选的，步骤(1)中，氧化钇分散液的质量浓度为1％～2％。

根据本发明优选的，步骤(1)中，纳米氧化钇和海藻酸钠的质量比为0.25:1～1.5:1；优选的，纳米氧化钇和海藻酸钠的质量比为0.75:1～1:1。此比例可保证最大限度的使凝胶球表面均匀包裹纳米氧化钇颗粒，降低吸附剂有效吸附位点的损失，使吸附剂具有优异的选择性除磷效果；还可保证制备的凝胶球吸附剂具有较好的机械强度。并且提供足够的粘度，使纳米氧化钇在混合液中克服重力作用，能够在凝胶球吸附剂中分散均匀。SA的投加比例过低则交联度不足，凝胶球颗粒成型困难，投加比例过高则交联度过大，降低吸附剂的有效吸附位点，影响凝胶球吸附剂的最终吸附效果。

根据本发明优选的，步骤(1)中，海藻酸钠的溶解是于40～50℃搅拌条件下进行。这样可以保证SA在40℃～50℃下完全溶解于水中。