本发明涉及一种吸附材料，尤其是一种粒状炉渣除磷剂及其制备方法。
背景技术：
随着大量含磷的生活污水和工业废水的排放以及含磷的农业化肥等的使用，造成许多湖泊、河流水体的富营养化，导致水体水华现象频发、水质不断恶化，给人类生产、生活及身体健康带来了极大的危害。近年来，有关去除水中的磷方法和材料的研究发展十分迅速，特别是吸附法除磷技术，因其简单、经济和高效而备受关注。
目前除磷技术中常用的吸附剂为活性炭等材料，由于活性炭生产需要消耗大量能源和产生污染、且价格昂贵，使其应用大大受到限制。因此研制开发价格低廉、吸附效果好、容易制备且回收简单的新型水处理除磷吸附材料，以满足国家不断提高的磷排放要求，十分必要且具有十分重要的实际应用价值。
医疗废物焚烧废渣是废弃的以玻璃、塑料及纤维制品为主要成份的医疗废弃物，在1000℃以上的焚烧炉经充分焚烧后残余的炉渣，其主要成份为钙质和硅质氧化物。目前，医疗废物焚烧后的炉渣往往直接填埋，占用大量土地，破坏生态环境，同时，在土地资源十分宝贵的发达城市，还会加剧土地资源的紧张。因此，如果能加强对医疗废渣的应用研究，不但能减少环境污染，改善生态环境，而且可实现变废为宝、具有十分重要的环境、经济和社会意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种粒状炉渣除磷剂及其制备方法，该粒状除磷剂制备过程简单，对废水的除磷效果好，且容易回收再利用。
本发明通过下述技术方案来实现：
一种粒状炉渣除磷剂，该除磷剂包括以下组分：
医疗废物焚烧炉渣；
累托石；
其中，所述医疗废物焚烧炉渣与累托石的质量之比为1:1~5:1,且二者通过粘结剂粘结成颗粒。
优选地，所述所述医疗废物焚烧炉渣与累托石的质量之比为2:1~4:1。
优选地，所述粘结剂为硅酸钠水溶液和/或聚乙烯醇水溶液。
优选地，所述医疗废物焚烧炉渣和累托石的质量和与硅酸钠水溶液的质量的固液比为2:1~4:1，所述硅酸钠水溶液的浓度为5~20%；所述医疗废物焚烧炉渣和累托石的质量和与所述聚乙烯醇水溶液质量之比为1~10%，所述聚乙烯醇水溶液的浓度为5~20%。
优选地，该粒状炉渣除磷剂的粒径为1~10mm。
优选地，该制备方法包括以下步骤：
（1）将医疗废物焚烧炉渣与累托石磨成细粉备用；
（2）将医疗废物焚烧炉渣粉末与累托石粉末加入到烧杯中，搅拌混合均匀；
（3）向混合均匀的医疗废物焚烧炉渣与累托石中，加入硅酸钠水溶液，搅拌均匀后，再加入聚乙烯醇水溶液，搅拌均匀；
（4）将搅拌均匀的医疗废物焚烧炉渣与累托石混合物，制成粒径为1~10mm的颗粒，室温下放置7h-35h；
（5）将陈化好的颗粒在80~120℃下烘干0~3h，冷却至室温，即得到粒状炉渣除磷剂。
优选地，所述聚乙烯醇水溶液的制备方法为：向烧杯中加入90mL水，在室温持续搅拌的条件下，将10g聚乙稀醇缓慢加入到烧杯中，待完全加入后，将烧杯在水浴中缓慢升温至70~90℃，持续搅拌直至聚乙烯醇溶解，待溶液冷却，配成10%的聚乙烯醇溶液。
优选地，步骤（4）中的室温放置时间为17~29h。
本发明中的医疗废物焚烧炉渣中包括大量的能吸附可溶无机磷酸盐的钙，能够有效的吸附磷，此外，在炉渣表面的其他成分如铝、镁、铁、猛和钛等成分也有吸附磷的作用。累托石属钠钙层状结构铝硅酸盐矿物，其晶体结构由钠云母与蒙托石单元层有规则的交替堆积而成，内附有钙、镁、钾、钠等阳离子。
本发明的有益效果是：将医疗废物焚烧炉渣与累托石混合，加入粘合剂如硅酸钠和/或聚乙烯醇水溶液进行造粒，其中累托石既可以提高吸附磷，也可以作为无机分散载体，提高炉渣的比表面积，防止其在造粒过程中比表面积减少，提高粒状除磷剂的吸附效果。硅酸钠是一种无机黏合剂，聚乙烯醇是一种有机胶黏剂，能够使炉渣和累托石粘合紧密，便于造粒，降低粒状吸附剂的散失率。该粒状除磷剂容易回收，可循环利用，经济实惠。同时该制备方法操作简单，设备加工容易，成本低廉，易于实现工业化生产。
具体实施方式
以下通过实施例和对比例进一步说明本发明。在以下实施例和对比例中，所制备的粒状炉渣除磷剂的效果是通过对模拟含磷废水的吸附率以及除磷剂的散失率进行表征的。表征实验如下：称取0.60g的除磷剂于250ml的锥形瓶中，加入50ml模拟含磷废水，模拟含磷废水的PO43-浓度为100mg/L，放入恒温水浴振荡箱中，反应温度为室温，振荡速率为160r/min，吸附时间为40min。取样，离心，测量溶液中含磷废水的PO43-浓度C1（mg/L），将除磷剂烘干至恒重m1（g）。其中，吸附率=（100-C1）%，散失率=（0.6-m1）/0.6*100%。
本发明中，医疗废物焚烧炉渣与累托石的质量之比优选为：1:1、2:1、5:2、3:1、7:2、4:1；
医疗废物焚烧炉渣和累托石的质量和与硅酸钠水溶液的质量的固液比优选为：2:1、5:2、3:1、7:2、4:1；
硅酸钠水溶液可以按照相同的有效含量配置成为5%~20%的水溶液，并可根据造粒的需要进行调整，优选配置成10%质量分数；
聚乙烯醇水溶液可以按照相同的有效含量配置成为5%~20%的水溶液，并可根据造粒的需要进行调整，优选配置成10%质量分数；
所述医疗废物焚烧炉渣和累托石的质量和与所述聚乙烯醇水溶液质量之比为1~10%，优选为1%、1.5%、2%、3%、5%、7%、9%、10%，可根据造粒需要进行调节；
粒状炉渣除磷剂的粒径优选为2~8mm，更有选为3~5mm；
陈化好的颗粒的烘烤温度优选为90~110℃，烘干时间优选为1~2h，更优选为1h。
实施例1
按以下步骤制备粒状炉渣除磷剂：
（1）将医疗废物焚烧炉渣与累托石磨成细粉末备用；
（2）将医疗废物焚烧炉渣粉末与累托石粉末按质量比5:1的比例，即炉渣粉末100份，累托石粉末20份，加入到烧杯中，搅拌混合均匀；
（3）向250mL烧杯中加入90mL水，在室温持续搅拌的条件下，将10g聚乙烯醇缓慢加入到烧杯中，待完全加入后，将烧杯在水浴中缓慢升温至80℃，持续搅拌直至聚乙烯醇溶解，待溶液冷却配成10%的聚乙烯醇溶液；
（4）向混合均匀的医疗废物焚烧炉渣与累托石中，加入质量分数为10%的硅酸钠溶液，其中，医疗废物焚烧炉渣和累托石的质量和与硅酸钠水溶液的质量的固液比为3:1，搅拌均匀后，再加入质量分数为10%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液的质量为炉渣和累托石质量和的5%，搅拌；
（5）将搅拌均匀的医疗废物焚烧炉渣与累托石混合物，制成粒径为3-5mm的颗粒，室温下放置24h；
（6）将陈化好的颗粒在105℃下烘干1h，冷却至室温，即得到粒状炉渣除磷剂。
测试粒状炉渣除磷剂的吸附率和散失率，在表1中列出了测试结果。
实施例2
操作步骤和条件与实施例1一样，只有将医疗废物焚烧炉渣粉末与累托石粉末按质量比改为4:1的比例，即炉渣粉末100份，累托石粉末25份。测试粒状炉渣除磷剂的吸附率和散失率，在表1中列出了测试结果。
实施例3
操作步骤与条件与实施例1一样，只有将医疗废物焚烧炉渣粉末与累托石粉末按质量比改为3:1的比例，即炉渣粉末100份，累托石粉末33.3份。测试粒状炉渣除磷剂的吸附率和散失率，在表1中列出了测试结果。
实施例4
操作步骤与条件与实施例1一样，只有将医疗废物焚烧炉渣粉末与累托石粉末按质量比改为2:1的比例，即炉渣粉末100份，累托石粉末50份。测试粒状炉渣除磷剂的吸附率和散失率，在表1中列出了测试结果。
实施例5
操作步骤与条件与实施例1一样，只有将医疗废物焚烧炉渣粉末与累托石粉末按质量比改为1:1的比例，即炉渣粉末100份，累托石粉末100份。测试粒状炉渣除磷剂的吸附率和散失率，在表1中列出了测试结果。
实施例6
操作步骤与条件与实施例3一样，只有将步骤（5）的室温放置时间改为7h。测试粒状炉渣除磷剂的吸附率和散失率，在表1中列出了测试结果。
实施例7
操作步骤与条件与实施例3一样，只有将步骤（5）的室温放置时间改为17h。测试粒状炉渣除磷剂的吸附率和散失率，在表1中列出了测试结果。
实施例8
操作步骤与条件与实施例3一样，只有将步骤（5）的室温放置时间改为29h。测试粒状炉渣除磷剂的吸附率和散失率，在表2中列出了测试结果。
实施例9
操作步骤与条件与实施例3一样，只有将步骤（5）的室温放置时间改为35h。测试粒状炉渣除磷剂的吸附率和散失率，在表2中列出了测试结果。
实施例10
操作步骤与条件与实施例3一样，只有将固液比改为2:1。测试粒状炉渣除磷剂的吸附率和散失率，在表2中列出了测试结果。
实施例11
操作步骤与条件与实施例3一样，只有将固液比改为4:1。测试粒状炉渣除磷剂的吸附率和散失率，在表2中列出了测试结果。
对比例1
将医疗废物焚烧炉渣直接进行吸附率测试，在表2中列出了测试结果。将炉渣直接进行吸附，回收不易，无法循环利用，达不到处理利用炉渣的目的。
对比例2
按以下步骤制备粒状炉渣除磷剂：
（1）将医疗废物焚烧炉渣磨成细粉末备用；
（2）向250mL烧杯中加入90mL水，在室温持续搅拌的条件下，将10g聚乙烯醇缓慢加入到烧杯中，待完全加入后，将烧杯在水浴中缓慢升温至80℃，持续搅拌直至聚乙烯醇溶解，待溶液冷却配成10%的聚乙烯醇溶液；
（3）向医疗废物焚烧炉渣中，加入质量分数为10%的硅酸钠溶液，其中，医疗废物焚烧炉渣与硅酸钠水溶液的质量的固液比为3:1，搅拌均匀后，再加入质量分数为10%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液的质量为炉渣质量的5%，搅拌；
（4）将搅拌均匀的医疗废物焚烧炉渣，制成粒径为3-5mm的颗粒，室温下放置24h；
（5）将陈化好的颗粒在105℃下烘干1h，冷却至室温，即得到粒状炉渣除磷剂。
测试粒状炉渣除磷剂的吸附率，在表2中列出了测试结果。
对比例3
按以下步骤制备粒状累托石除磷剂：
（1）将累托石磨成细粉末备用；
（2）向250mL烧杯中加入90mL水，在室温持续搅拌的条件下，将10g聚乙烯醇缓慢加入到烧杯中，待完全加入后，将烧杯在水浴中缓慢升温至80℃，持续搅拌直至聚乙烯醇溶解，待溶液冷却配成10%的聚乙烯醇溶液；
（3）向累托石粉末中，加入质量分数为10%的硅酸钠溶液，其中，累托石粉末与硅酸钠水溶液的质量的固液比为3:1，搅拌均匀后，再加入质量分数为10%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液的质量为累托石质量的5%，搅拌；
（4）将搅拌均匀的累托石粉末，制成粒径为3-5mm的颗粒，室温下放置24h；
（5）将陈化好的颗粒在105℃下烘干1h，冷却至室温，即得到粒状累托石除磷剂。
测试粒状累托石除磷剂的吸附率，在表2中列出了测试结果。
表1
表2
从表1和表2可以看出，对比例1单独将医疗废物焚烧炉渣进行污水吸附，吸附率较高，但是散失率大，不易回收与重复利用。
对比例2将医疗废物焚烧炉渣造粒，散失率降低，有利于回收利用，但是在进行污水吸附时，效果不佳，这是由于在加入黏合剂后，炉渣的比表面积减小，吸附效果变差。
对比例3将累托石造粒后也便于回收利用，同时具有一定的吸附效果，但是吸附效果一般。
将实施例2-5与对比例2-3进行比较可知，将医疗废物焚烧炉渣和累托石混合造粒后，二者具有协同作用，相对于单独使用医疗废物焚烧炉渣或累托石进行吸附，效果更好，对磷吸附更彻底，同时散失率低，易于回收，重复利用。其中，在炉渣为100份时，累托石的含量在一定范围内效果较佳，优选地，累托石为25~50份时，吸附效果更佳。实施例1的吸附效果好，但是散失率较高，可能是由于起到累托石的含量较低导致。
将实施例3、实施例6-9之间进行比较可知，陈化的室温放置时间对散失率有一定影响，优选地，陈化的室温放置时间为17~29h。
将实施例3、10、11进行对比可知，固液比为3:1时，吸附效果更好。