基于硫酸改性粉煤灰砖块粉末s-fabp去除水体中磷酸盐的方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于硫酸改性粉煤灰砖块粉末S?FABP去除水体中磷酸盐的方法，包括如下步骤：(1)用KH2PO4溶于去离子水配置为浓度5?50mg/L的磷酸盐溶液；(2)称取2.0?4.0g硫酸改性粉煤灰砖块粉末S?FABP分别投加到100mL磷酸盐溶液中水浴震荡反应5?120min；(3)震荡后将固液混合物离心、过滤分离后，制得溶液；(4)将步骤(3)所得的溶液上清液中磷的浓度进行测定。本发明制备过程简单经济，磷去除效率高。
【专利说明】
基于硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP去除水体中磷酸盐的方法
技术领域
[0001]本发明属于固体废物资源化利用和废水处理领域，具体涉及一种基于硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP去除水体中磷酸盐的方法。
【背景技术】
[0002]随着工业和社会的发展，水体的富营养化已经成为一个重要的环境问题，而磷是引起水体富营养化的基本元素之一，磷含量的升高会促使水中藻类的生长。利贝格最小定律表明，在藻类分子量所占的重量百分比中，磷最小，氮次之，因此控制排入水体中磷的含量对于控制富营养化更有现实意义。
[0003]粉煤灰是燃煤电厂排出的固体废物，主要成分是Si02、Al203、Ca0、Fe203等，其重要的资源化利用途径是作为建筑材料制砖。而在城市建设和建筑拆除过程中又会产生大量的粉煤灰废砖块，这些废弃物大量堆积，不仅占用土地，而且会对环境产生不利影响。粉煤灰作为粉煤灰砖的主要成分，它具有结构多孔，比表面积大等特点，能吸附水体中的磷。粉煤灰砖块中的粉煤灰、石灰、石膏等成分含有铝、钙、铁等多种活性氧化物，这些氧化物经改性后具有和磷形成沉淀的潜力。因此，利用废弃粉煤灰砖块经改性用于废水处理潜力巨大。
【发明内容】
[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种磷去除效率高的基于硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP去除水体中磷酸盐的方法。
[0005]为达到上述目的，本发明采用的技术方案包括如下步骤:
[0006](I)用KH2PO4溶于去离子水配置为浓度5-50mg/L的磷酸盐溶液；
[0007](2)称取2.0-4.0g硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP分别投加到10mL磷酸盐溶液中水浴震荡5_120min;
[0008](3)震荡后将固液混合物离心、过滤分离后，制得溶液；
[0009](4)将步骤(3)所得的溶液上清液中磷的浓度进行测定。
[0010]进一步地，在步骤(I)中，磷酸盐溶液用KH2PO4分析纯配置。
[0011]本发明所述的硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP的制备方法，包括如下步骤:
[0012 ] (I)粉煤灰砖块原料经破碎、研磨成粉末，制得粉煤灰砖块粉末FABP;
[0013](2)用2mol/L的硫酸作为粉煤灰砖块粉末FABP的改性剂，改性剂用量为0.8mL/g，并将改性剂与粉煤灰砖块粉末FABP搅拌均匀；
[0014](3)搅拌均匀后烘干制得硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP。
[0015]进一步地，在步骤(I)中，所述粉煤灰砖块原料选自建材公司生产的粉煤灰砖残次品或建筑工地产生的废弃粉煤灰砖。
[0016]本发明的有益效果:
[0017]本发明制备过程简单、经济，磷去除效率高，能够快速净化水体中的磷。将硫酸改性粉煤灰砖粉末Sulfuric Acid Modified Fly Ash Brick Powder，即为S-FABP加入磷酸盐溶液反应后，得到净化水体。与已有技术相比，本发明具有如下优点:
[0018](I)以建材公司生产的粉煤灰砖残次品或建筑工地产生的废弃粉煤灰砖为原料。此外，粉煤灰砖块含有铝、钙、铁等多种活性氧化物，经硫酸改性后与磷形成沉淀，促进了磷的去除。
[0019](2)制备的S-FABP微观表面呈疏松网状结构并出现了孔洞，孔隙度明显提高，比表面积成倍增加，吸附能力增强。
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例中扫描电子显微镜下FABP和制备的S-FABP微观形貌图；其中，a为FABP的微观形貌图；b为FABP中球状结构的微观形貌图；c为S-FABP中球状结构的微观形貌图；d为S-FABP中球状结构表面的微观形貌图；
[0021 ]图2为本发明实施例中S-FABP投加量对磷去除率的影响图；
[0022]图3为本发明实施例中S-FABP对不同浓度磷的去除率效果图；
[0023]图4为本发明实施例中S-FABP接触时间对磷去除率的影响图。
【具体实施方式】
[0024]以下实施例仅处于说明性目的，而不是想要限制本发明的范围。
[0025]本发明提供了本发明提供了一种基于硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP去除水体中磷酸盐的方法，包括如下步骤:
[0026](I)用KH2PO4溶于去离子水配置为浓度5-50mg/L的磷酸盐溶液，磷酸盐溶液用KH2PO4分析纯配置；
[0027](2)称取2.0-4.0g硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP分别投加到10mL磷酸盐溶液中水浴震荡5_120min;
[0028](3)震荡后将固液混合物离心、过滤分离后，制得溶液；
[0029](4)将步骤(3)所得的溶液上清液中磷的浓度进行测定。
[0030]本发明所述的硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP的制备方法，包括如下步骤:
[0031 ] (I)粉煤灰砖块原料经破碎、研磨成粉末，制得粉煤灰砖块粉末FABP，所述粉煤灰砖块原料选自建材公司生产的粉煤灰砖残次品或建筑工地产生的废弃粉煤灰砖；
[0032](2)用2mol/L的硫酸作为粉煤灰砖块粉末FABP的改性剂，改性剂用量为0.8mL/g，并将改性剂与粉煤灰砖块粉末FABP搅拌均匀；
[0033 ] (3)搅拌均匀后烘干制得硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP。
[0034]实施例1
[0035]本发明所述的硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP的制备方法，包括如下步骤:
[0036](I)粉煤灰砖块原料经破碎、研磨成粉末制得粉煤灰砖块粉末FABP，所述粉煤灰砖块原料选自建材公司生产的粉煤灰砖残次品或建筑工地产生的废弃粉煤灰砖；
[0037](2)用2mol/L的硫酸作为粉煤灰砖块粉末FABP的改性剂，改性剂用量为0.8mL/g，并将改性剂与粉煤灰砖块粉末FABP搅拌均匀；
[0038](3)搅拌均匀后烘干制得硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP。
[0039]本发明提供了一种基于硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP去除水体中磷酸盐的方法，包括如下步骤:
[0040](I)用KH2PO4溶于去离子水配置为浓度10mg/L的磷酸盐溶液；
[0041 ] (2)称取2.0g、2.5g、3.0g、3.5g、4.0g硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP分别投加到磷酸盐溶液中水浴震荡60min;
[0042](3)震荡后将固液混合物离心、过滤分离，制得溶液；
[0043](4)将步骤(3)所得的溶液上清液中磷的浓度进行测定。
[0044]实施例2
[0045]本发明所述的硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP的制备方法，包括如下步骤:
[0046](I)粉煤灰砖块原料经破碎、研磨成粉末制得粉煤灰砖块粉末FABP，所述粉煤灰砖块原料选自建材公司生产的粉煤灰砖残次品或建筑工地产生的废弃粉煤灰砖；
[0047](2)用2mol/L的硫酸作为粉煤灰砖块粉末FABP的改性剂，改性剂用量为0.8mL/g，并将改性剂与粉煤灰砖块粉末FABP搅拌均匀；
[0048](3)搅拌均匀后烘干制得硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP。
[0049]本发明提供了一种基于硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP去除水体中磷酸盐的方法，包括如下步骤:
[0050](I)用KH2PO4溶于去离子水配置为浓度5mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L的磷酸盐溶液；
[0051 ] (2)称取3.0g硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP分别投加到步骤(I)中的磷酸盐溶液水浴震荡60min ；
[0052](3)震荡后将固液混合物离心、过滤分离，制得溶液；
[0053](4)将步骤(3)所得的溶液上清液中磷的浓度进行测定。
[0054]实施例3
[0055]本发明所述的硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP的制备方法，包括如下步骤:
[0056](I)粉煤灰砖块原料经破碎、研磨成粉末制得粉煤灰砖块粉末FABP，所述粉煤灰砖块原料选自建材公司生产的粉煤灰砖残次品或建筑工地产生的废弃粉煤灰砖；
[0057](2)用2mol/L的硫酸作为粉煤灰砖块粉末FABP的改性剂，改性剂用量为0.8mL/g，并将改性剂与粉煤灰砖块粉末FABP搅拌均匀；
[0058](3)搅拌均匀后烘干制得硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP。
[0059]本发明提供了一种基于硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP去除水体中磷酸盐的方法，包括如下步骤:
[0060](I)用KH2PO4溶于去离子水配置为浓度10mg/L的磷酸盐溶液；
[0061 ] (2)称取3.0g硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP投加到磷酸盐溶液中水浴震荡，在5min、10min、20min、30min、60min、90min、120min 时分别取样。
[0062](3)取样后将样品固液混合物离心、过滤分离，制得溶液；
[0063](4)将步骤(3)所得的溶液上清液中磷的浓度进行测定。
[0064]试验I
[0065]1.称取30g粉煤灰砖块原料经破碎、研磨成粉末制得粉煤灰砖块粉末FABP;
[0066]2.称取15g FABP加入12mL 2mol/L的硫酸改性剂，搅拌均匀后烘干得到S-FABP。
[0067]3.用KH2PO4溶于去离子水配置浓度为lOmg/L的磷酸盐溶液。
[0068]4.FABP硫酸改性前后扫描电子显微镜照片如图1所示。图1中a和图1中b为FABP在不同放大倍数下的微观形貌，从图可以看出，FABP是由不规则颗粒和球状结构体组成，球状结构体表面光滑致密。图1中c和图1中d为S-FABP的表面微观形貌，图中显示了硫酸处理后球状颗粒表面变得粗糙且出现了孔洞。硫酸改性后S-FABP表面凸凹不平、层次多样的结构可以增强吸附能力并有利于铝、铁、钙等活性组分的溶出。
[0069]5.为了对比？48?和3448?的除磷效果，称取2.(^、2.58、3.(^、3.58、4.08 FABP和S-FABP分别投加到10mg/L的10mL磷酸盐溶液中，在水浴震荡箱中震荡60min，经离心、过滤后取上清液测定剩余磷浓度，结果如图2所示。从图2中可得出FABP在投加量为3.0g时磷去除率为36.1%，继续增加投加量去除率呈缓慢增加趋势。FABP经过硫酸改性后磷去除率明显提高，当S-FABP投加量为3.0g时S-FABP的磷去除率达到98.5%,出水水质已经达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中ΙΠ类水标准。此外，S-FABP投加量超过3.0g时，继续提高投加量磷去除率提高不明显。
[0070]试验2
[0071 ] 1.称取18g粉煤灰砖块原料经破碎、研磨成粉末制得粉煤灰砖块粉末FABP;
[0072]2.将18g FABP加入14.4mL 2mol/L的硫酸改性剂，搅拌均匀后烘干得到S-FABP。
[0073]3.用KH2PO4溶于去离子水配置浓度为5mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L的磷酸盐溶液。
[0074]4.称取6份3.0g S-FABP分别投加到5mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L的10mL磷酸盐溶液中，在水浴震荡箱中震荡60min，经离心、过滤后取上清液测定剩余磷浓度，结果如图3所示。从图3中可得出S-FABP对磷酸盐的去除在5-50mg/L范围内对磷均有较好的去除效果，当磷酸盐浓度为5mg/L时磷的去除率为99.1%,随着磷酸盐浓度的增加去除率成缓慢降低趋势，但磷酸盐浓度增加到50mg/L时磷的去除率依然保持在95%以上。
[0075]试验3
[0076]1.称取3g粉煤灰砖块原料经破碎、研磨成粉末制得粉煤灰砖块粉末FABP;
[0077]2.将3g FABP加入2.4mL 2mol/L的硫酸改性剂，搅拌均匀后烘干得到S-FABP。
[0078]3.用KH2PO4溶于去离子水配置浓度为10mg/L的磷酸盐溶液。
[0079]4.将3.0g S-FABP加入到10mg/L的10mL磷酸盐溶液中水浴震荡，在5min、lOmin、20min、30min、60min、90min、120min时分别取上清液测定剩余磷浓度，结果如图4所示。从图4中可以得知S-FABP对水中磷的去除速率较快，在反应5min时磷去除率达92.7 %，随着时间的进行磷去除率缓慢增加，当反应进行到60min时，剩余磷浓度为0.15mg/L，之后随着时间的增加磷去除率变化很小。
[0080]从反应过程来看，大部分磷是在反应5min内去除的，在5min后磷去除率呈缓慢增加趋势。根据比表面积分析结果，FABP、S-FABP的比表面积分别为2.26m2/g、27.49m2/g，酸改性后FABP比表面积均明显大于酸改性前，比表面积的增大有利于吸附反应的进行。此外，酸改性可以使S-FABP中的铝离子、铁离子和钙离子在水体中溶出，溶出的各种活性组分可以与水体中的磷酸盐形成磷酸铝、磷酸铁、磷酸钙等多种化合物沉淀。因此，磷的去除是吸附反应和沉淀反应共同作用的结果，由于沉淀反应速率很快，在反应前期磷的去除率较高，随着反应时间的进行，沉淀反应逐渐结束，但是吸附反应依然存在，故后期磷去除率呈缓慢增加直至吸附饱和达到稳定。
[0081]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种基于硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP去除水体中磷酸盐的方法，其特征在于包括如下步骤: (1)用KH2PO4溶于去离子水配置为浓度5-50mg/L的磷酸盐溶液； (2)称取2.0-4.0g硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP分别投加到10mL磷酸盐溶液中水浴震荡5_120min; (3)震荡后将固液混合物离心、过滤分离后，制得溶液； (4)将步骤(3)所得的溶液上清液中磷的浓度进行测定。2.根据权利要求1所述的基于硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP去除水体中磷酸盐的方法，其特征在于:在步骤(I)中，磷酸盐溶液用KH2PO4分析纯配置。3.权利要求1所述的硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP的制备方法，其特征在于包括如下步骤: (1)粉煤灰砖块原料经破碎、研磨成粉末，制得粉煤灰砖块粉末FABP; (2)用2mol/L的硫酸作为粉煤灰砖块粉末FABP的改性剂，改性剂用量为0.8mL/g，并将改性剂与粉煤灰砖块粉末FABP搅拌均匀； (3)搅拌均匀后烘干制得硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP。4.根据权利要求3所述的硫酸改性粉煤灰砖块粉末S-FABP的制备方法，其特征在于:在步骤(I)中，所述粉煤灰砖块原料选自建材公司生产的粉煤灰砖残次品或建筑工地产生的废弃粉煤灰砖。
【文档编号】C02F1/28GK105858776SQ201610214825
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月7日
【发明人】宋磊, 浦玉炳, 陈众, 程峻峰, 高文乔, 张艾星, 黄春梅
【申请人】合肥市市政设计院有限公司