一种氧缓释、吸磷材料的制备方法及其应用与流程

本发明属于材料领域，具体涉及一种氧缓释、吸磷材料的制备方法及其应用。

背景技术：

黑臭水体污染现象是我国突出的水环境问题之一，水体溶解氧不足，氮、磷及有机污染物浓度过高是黑臭水体典型特征，也是水体黑臭发生重要驱动因子。同时，一些养殖水体缺氧现象时有发生，导致养殖鱼类死亡，造成巨大的经济损失。为了有效遏制、治理水体黑臭，预防养殖水体缺氧，需要利用一些释氧吸附材料对水体增氧，抑制底泥磷的释放，降低水中磷的浓度。

目前，水体增氧常用方法有曝气供氧和投加释氧材料。其中曝气供氧是通过曝气装置向水体鼓入空气，空气中的氧气溶解于水，从而提高了水中溶解氧浓度。释氧材料的投加是向水中投加能释放氧气的颗粒或粉末材料，例如过氧化钙粉末，与水反应释放氧气。

然而，采用曝气供氧，设备购置费用及运行成本较高，且不能达到去除水中磷的效果；而传统释氧材料释氧速度快，持久性差，且过氧化钙粉末释氧反应后对水质酸碱度影响大，造成二次污染，同时，吸磷效果不佳。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种效果好且对环境友好型的氧缓释、吸磷材料的制备方法及其应用。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种氧缓释、吸磷材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将载铁颗粒生物炭、过氧化钙颗粒、硅酸盐水泥、石英砂混合均匀后得混合料备用；

(2)在混合料中加水，搅拌混合水化反应8-12min；

(3)将水化反应后的物料进行造粒、风干后，密封保存备用；

(4)工程应用前，将风干的颗粒用海藻酸钙包埋后，取出立即使用。

优选地，步骤(1)中的载铁颗粒生物炭是以核桃壳颗粒为原料制备而成的，具体制备方法如下：将核桃壳颗粒置于fe³⁺浓度为0.5-1.0mol/l的浸渍液中浸渍12小时以上，然后将浸渍的核桃壳颗粒在480-520℃缺氧条件下炭化80-100min即可，得到的载铁颗粒生物炭的颗粒粒径为1-2mm；所述的过氧化钙颗粒的粒径为90-110目，纯度为70-80％；所述的硅酸盐水泥选用425硅酸盐水泥；所述的石英砂的粒径为1-2mm。

优选地，步骤(1)中载铁颗粒生物炭、过氧化钙颗粒、硅酸盐水泥、石英砂的质量比为1：4：2：2。

优选地，步骤(2)中混合料与水的质量比为9：1。

优选地，步骤(3)中造粒后的颗粒粒径为1-2cm；风干条件为：自然条件下风干至少24h。

优选地，步骤(4)中海藻酸钙包埋的具体过程如下：将风干的颗粒放入质量分数为2～3％的海藻酸钠溶液中5～10min后，取出立即使用。

进一步地，一种氧缓释、吸磷材料的应用，能够用作黑臭水体修复材料、水产养殖水域增氧、吸磷材料、复合生态浮床填料、生态滤床填料。

本发明的有益效果在于：本发明制备氧缓释、吸磷材料的方法简单易行，制备而成的氧缓释、吸磷材料的释氧持续时间长，吸磷效果好，成本低，同时，避免了材料使用过程中对环境的影响。

附图说明

图1为上覆水中磷浓度变化情况图；

图2为上覆水中溶解氧浓度变化情况图；

图3为氧缓释、吸磷材料释氧特性效果图。

具体实施例

实施例1

一种氧缓释、吸磷材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将载铁颗粒生物炭、过氧化钙颗粒、硅酸盐水泥、石英砂混合均匀后得混合料备用；

优选地，载铁颗粒生物炭是以核桃壳颗粒为原料制备而成的，具体制备方法如下：将核桃壳颗粒置于fe³⁺浓度为0.5-1.0mol/l的浸渍液中浸渍12小时以上，然后将浸渍的核桃壳颗粒在480-520℃缺氧条件下炭化80-100min即可，得到的载铁颗粒生物炭的颗粒粒径为1-2mm；所述的过氧化钙颗粒的粒径为90-110目，纯度为70-80％；所述的硅酸盐水泥选用425硅酸盐水泥；所述的石英砂的粒径为1-2mm。

优选地，载铁颗粒生物炭、过氧化钙颗粒、硅酸盐水泥、石英砂的质量比为1：4：2：2。

(2)在混合料中加水，搅拌混合水化反应8-12min；

优选地，混合料与水的质量比为9：1。

(3)将水化反应后的物料进行造粒，造粒后的颗粒粒径为1-2cm，然后在自然条件下风干至少24h，密封保存备用。

(4)工程应用前，将风干的颗粒放入质量分数为2～3％的海藻酸钠溶液中5～10min后，取出立即使用。

实施例2

本发明的材料除磷效果的测试如下：

通过静态吸附实验测试，当初始磷浓度为5mg/l、50mg/l时，溶液体积100ml，氧缓释、吸磷材料重量分别为0.81g、0.85g、1.55g、1.62g时，4小时后平衡吸附容量如下表1、2。

表1各实例操作条件下的除磷效果

表2各实例操作条件下的除磷效果

从表1、2中可以看出：该材料对溶液中低浓度和高浓度的磷均具有较好的吸附效果。

实施例3

本发明的材料对模拟河流除磷、释氧效果的测试如下：

在2组模拟反应器中分别填装10cm河流底泥，底泥上覆水深度为40cm，第1组(空白组)，充氮气脱氧10分钟后立即封闭反应器上口减少大气覆氧影响，第2组(实验组)，充氮气脱氧10分钟后，投加400g，覆盖2cm厚的氧缓释吸磷材料，封闭反应器上口减少大气覆氧的影响，在0、3、6、9、12、15、18、21、24、27天分别取样测定模拟反应器中上覆水总磷及上覆水中溶解氧浓度。结果如下图1、图2所示。

从图1中可以看出：未投加氧缓释、吸磷材料的反应器因缺氧导致底泥磷的释放而使上覆水中磷的浓度逐渐升高，而投加该材料，因氧气释放，好氧条件下，磷释放受到抑制，且该材料对磷的吸附作用而使反应器上覆水中磷的浓度呈下降趋势。

从图2中可以看出：未投加氧缓释、吸磷材料的反应器上覆水中溶解氧浓度趋近于零，而投加该材料，因氧气持续缓慢释放，前期溶解氧浓度快速升高达到饱和，后期溶解氧亦接近饱和。

实施例4

本发明的材料释氧特性效果测试如下：

将本发明的材料投加到装有一定体积清水的的烧杯中，如图3所示，从图3可以看出，本发明的材料释放出的氧气附着在材料表面，延长了气泡与水的接触时间，从而提高了氧的转移效率。而传统粉末状态的过氧化钙释氧材料在水中产生的气泡立即上升至水面进入大气，与水接触时间短，氧转移效率低。