一种利用微波加热技术改性沉积物制备除磷材料的方法与流程

本发明属于材料制备领域，具体涉及到一种利用微波加热技术改性沉积物制备除磷材料的方法。

背景技术：

磷是造成湖泊、河流等水体富营养化的重要限制性因素之一，除磷已成为净化废水、治理水体污染的一大热点问题。

近年来，有关除磷方法的研究已有不少报道，主要包括化学法、生物法、吸附法和膜技术除磷法，化学方法主要采用铝盐、钙盐、高锰酸盐、双氧水、过硫酸盐、Fenton试剂等化学材料，通过化学反应转化或絮凝、沉淀等作用降低水体中的磷含量，化学法操作简单，有较好的除磷效果，但化学试剂处理大面积受污水体成本较高，且化学试剂可能带来二次污染问题；生物法除磷工艺主要有Phostrip工艺、Bardenpho工艺、UCTs工艺、A²/O工艺、BCFS工艺等，利用聚磷菌、聚糖菌、反硝化聚磷菌等功能菌种富集水体中的磷，生物法除磷绿色环保，但工艺条件要求严格，且微生物的除磷机理研究还不完善；膜技术除磷法是将膜分离技术引入废水的生物处理系统中，膜分离技术最大的优点是能回收纯净的磷盐，而生物法没有这种效果，但是，膜技术的应用有很大局限性，无论是除磷或者回收磷，膜技术只适用于特定的磷化合物。

吸附法除磷是利用多孔或者大比表面积的固体物质对水中磷酸根离子的吸附亲和力，来实现除磷目的，目前用于除磷的吸附剂材料包括一些天然材料、工业废渣、活性氧化铝、其他多孔物质及人工合成的吸附剂等，天然材料及废渣除磷成本低，但其吸附容量低，吸附脱磷效果不是很理想；活性氧化铝作为吸附材料，可能造成化学污染；人工合成吸附剂有较好的吸附效果，但配方复杂，配制过程较繁。

CN102921386A公开了一种树脂基除磷吸附剂及其制备方法，第一步将含有AlCl3、HCl和MgCl2的溶液过置于吸附柱中的强碱性阴离子树脂至Al³⁺完全穿透，然后将强碱性阴离子树脂离心脱水；第二步将第一步得到的强碱性阴离子树脂迅速加入到含有MgCl2和NaHCO3的溶液中进行反应，反应后烘干即得到除磷吸附剂。得到的材料镁铝负载量在20~140mg/g。吸附容量提高了40%~200%。

CN102976460A公开了一种锅炉废渣基复合脱磷材料及其应用方法，通过选取粉煤灰、炉底渣、粘结剂粉生料成型后放入炉腔，升温、保温、矿物脱去结晶水，再加入有机酸得到烧结体，经粉碎、过筛后得到脱磷材料，经一次处理后，水中残留磷离子浓度小于0.08mg/L。

CN102500337A公开了一种以铁盐改性牡蛎壳的除磷吸附剂、其制备方法及应用。该发明通过将30~100目的牡蛎壳粉与铁盐溶液以一定质量混合，室温下搅拌、调节pH、过滤后烘干得到吸附剂，通过废水模拟实验，该吸附剂除磷率在95%以上。

以上发明专利中所涉及的除磷材料，达到了比较明显的除磷效果，但添加化学试剂改性短时间内可以提高除磷率，可能带来的二次污染问题不可避免，特别是将类似的吸附材料加入富营养化水体中，其存在的环境风险不可忽视。开发新的环保高效材料，是实现废水除磷、净化水体亟待解决的难题。

沉积物是湖泊内源磷的蓄积库，各种途径来源的营养物质，经过复杂的水体物理化学过程，沉积于湖泊底部，沉积物中的磷可通过扩散，再悬浮，平流以及生物扰动方式进入上覆水体，且磷的吸附过程受沉积物组分、水温、pH、氧化还原电位等因素的限制；沉积物由氧、硅、铝、铁、钙等金属及非金属元素组成，氧化铁、铝化合物和氢氧化铁等是沉积物中的重要组成部分，可以影响沉积物的表面积、表面电荷和表面基团等，进而影响其对磷的吸附。

微波加热具有即时性、整体性、选择性、能量利用高效性以及安全无污染等优点，目前，微波技术已被广泛应用于纺织印染、化工冶金、造纸印刷、木材加工、烟草、医疗等领域，微波加热材料可以改变材料内部结构，提升材料的某方面性能。

本发明提出以湖泊沉积物为底物，通过微波加热技术改性，制备除磷材料，不仅实现了对湖泊沉积物的利用，达到以废治废的目的，同时将微波技术应用到环保除磷材料的开发领域，促进了该项技术在水污染治理方面的应用。与现有发明比较，本发明方法具有以下优点：

（1）本发明利用微波技术改性除磷材料，提高了除磷能力，

（2）湖泊沉积物内源磷的“源”，我国在很多富营养化湖泊开展了底泥疏浚工程，本发明为实现沉积物的资源化利用提供一条重要途径，达到“以废治废”的目的。

（3）本发明提供的沉积物材料来源广泛，且除磷效果明显，是一种环境友好型材料。

（4）本发明方法工艺流程简单，操作方便，有良好的经济和环境效益。

技术实现要素：

针对现有除磷吸附材料的缺陷，本发明的目的在于提供了一种利用微波技术改性沉积物制备除磷材料的方法，以湖泊沉积物为原材料，通过微波加热技术对沉积物改性，增强沉积物的吸附除磷能力，原材料来源广泛，生产工艺简单，除磷效果明显。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

1.通过蚌式采样器采集湖泊沉积物，其沉积物主要化学成分质量百分比为：SiO218~25%，Al2O340~46%，Fe2O321~28%，CaO4~6%， MgO2~3%， K2O0.3~0.5%， TiO2 1.5~2.3%；

2.将样品在干燥器中干燥，干燥温度为80~100℃，干燥时间3~5d，得到块状固体；

3.将2中的块状固体粉碎、分筛后得到粒径为0.12~0.18mm的粉末状固体，将粉末状固体置于装有蒸馏水的振荡反应器中，其中蒸馏水与粉末状固体按10~15ml:1g添加，在振荡速率为180~220rpm，振荡温度为25~30℃的条件下振荡3~5h，使其充分接触反应；

4.振荡完成后，过滤，收集得到的固体，液体返回到振荡反应器中可重复使用；

5.将4中得到的固体置于微波反应器内，在功率为850~1000W、温度为600~800℃的条件下加热5~10min，待反应完全后，关闭微波反应器，待固体冷却后取出，即得到吸附材料；

6.检测分析吸附材料的除磷效果，使用吸附材料模拟废水除磷，其除磷率达99%以上。

附图说明

图1是一种利用微波加热技术改性沉积物制备除磷材料的方法。

实施例1

使用蚌式采样器采集湖泊沉积物，其主要化学成分质量百分比为：SiO2

18.8%，Al2O345.3%，Fe2O326.7%，CaO4.5%， MgO2.6%， K2O0.38%， TiO2 1.72%；将样品置于90℃的干燥箱中干燥4d，收集得到的块状固体，将其粉碎后分筛得到粉末状固体，将水与粉末状固体按12ml:1g加入到振荡温度为28℃，振荡速率为200rpm的振荡反应器中，振荡时间4h；振荡后过滤，收集固体并置于微波反应器中，在微波功率为950W，温度为780℃的条件下加热6min，待固体冷却后取出，得到除磷材料，使用该材料模拟废水除磷，除磷率达到99.6%。

实施例2

使用蚌式采样器采集湖泊沉积物，其主要化学成分质量百分比为：SiO220.3%，Al2O344.6%，Fe2O325.8%，CaO4.8%， MgO2.4%， K2O0.43%， TiO2 1.67%；将样品置于100℃的干燥箱中干燥3d，收集得到的块状固体，将其粉碎后分筛得到粉末状固体，将水与粉末状固体按15ml:1g加入到振荡温度为25℃，振荡速率为210rpm的振荡反应器中，振荡时间3.5h；振荡后过滤，收集固体并置于微波反应器中，在微波功率为900W，温度为700℃的条件下加热8min，待固体冷却后取出，得到除磷材料，使用该材料模拟废水除磷，除磷率达到99.5%。

实施例3

使用蚌式采样器采集湖泊沉积物，其主要化学成分质量百分比为：SiO219.5%，Al2O343.8%，Fe2O326.6%，CaO5.1%， MgO2.8%， K2O0.45%， TiO2 1.75%；将样品置于85℃的干燥箱中干燥5d，收集得到的块状固体，将其粉碎后分筛得到粉末状固体，将水与粉末状固体按12ml:1g加入到振荡温度为30℃，振荡速率为190rpm的振荡反应器中，振荡时间4.5h；振荡后过滤，收集固体并置于微波反应器中，在微波功率为880W，温度为630℃的条件下加热5min，待固体冷却后取出，得到除磷材料，使用该材料模拟废水除磷，除磷率达到99.2%。