一种高效去除水体中磷的新型吸附材料的制作方法

本发明涉及一种高效去除水体中磷的新型吸附材料，属于环境保护技术领域。

(二)

背景技术：

水体富营养化已成为人类面临的重要水资源问题之一。目前，世界范围内大约有30％～40％的湖泊、水库存在不同程度的富营养化水平。我国湖泊的富营养化问题则更加严峻，在面积大于1km²的2300多个湖泊中已超过56％的湖泊处于富营养化状态或正受到富营养化的威胁。而世界上超过80％的富营养化湖泊属于磷限制型，我国大多数湖泊的富营养化进程也受到磷营养盐的控制。因此，水体中磷的控制和去除成为治理水体富营养化的关键环节。

水体富营养化治理措施主要包括外源污染控制和内源污染控制两个方面。吸附法作为一种高效去除水体中磷的方法已经得到了广泛研究。常用的磷去除材料包括粘土矿物、沸石、工业废渣、生物炭等。但是，传统的吸附剂存在以下不足之处：天然材料尽管其吸附性能优良但其成本较高、再生困难；而工农业废渣尽管其原料易得、价格低廉，但其吸附效果较差。因此，人工合成经济有效的新型吸附剂受到了世界各国研究人员的密切关注。

由于稀土元素镧具有较强的磷固定能力、广泛的pH应用范围、价格较其他稀土元素低廉等优点，镧改性除磷吸附剂已成为该领域研究的热点和重点。目前已出现多种镧改性吸附剂，如镧改性膨润土镧改性蛭石、镧改性MCM-41、镧铝改性蒙脱石、镧铝改性沸石等，用于富营养化水体中磷去除的研究。其中已经在欧洲、美国、新西兰、澳大利亚等富营养化水体大面积推广应用。尽管在国外市场上占有一定的份额，但由于在国内市场价格较高，且磷吸附量相对较低，限制了其在我国富营养化水体中的推广应用。而其他已报道的镧改性除磷吸附剂也仅局限于室内实验阶段，在国内市场上并未进行投放使用。目前，国内市场并未出现可长期有效治理水体富营养化的镧改性吸附剂，极大的阻碍了我国富营养化水体相关治理工作的开展。

(二)

技术实现要素：

本发明的目的是：选取价格低廉、应用广泛的磷去除原材料，通过共沉淀方法生产制备出一种高效的除磷吸附剂。该除磷吸附剂生产成本低，生产工艺简单，磷去除效率高，生态安全风险性低，可高效去除水体中不同种类的磷，有效减缓水体富营养化进程。

一种高效去除水体中磷的新型吸附材料，其特征在于：以粉状产品的干基计，各成分的含量按重量比为氢氧化镧4％-30％，氢氧化铝65％-95％，铝酸镧1％-5％，其分子结构中第一配位层镧氧配位数为6.0-8.0，为一种配位不饱和结构，含有氧空位。

一种高效去除水体中磷的新型吸附材料，其特征在于制备步骤如下：

(1)按镧与铝的摩尔比为1:5-40溶解一定量的镧化合物与铝化合物；

(2)将沉淀剂加入步骤(1)中，保持体系温度为50～90℃，并不断搅拌；

(3)当溶液pH为8-11后停止搅拌，保持体系温度为50～90℃继续加热2-10小时，将固体沉淀物洗涤、冷冻干燥或烘干、研磨，得到的固体粉状产品即为新型磷吸附剂。

一种高效去除水体中磷的新型吸附材料，其特征在于：所述镧化合物为氯化镧或硝酸镧中的一种或两种。

一种高效去除水体中磷的新型吸附材料，其特征在于：所述铝化合物为氯化铝、硝酸铝、硫酸铝或明矾中的一种或多种。

一种高效去除水体中磷的新型吸附材料，其特征在于：所述沉淀剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵或尿素中的一种或多种。

本发明优选的技术方案为：以粉状产品的干基计，各成分的含量按重量比为氢氧化镧18％，氢氧化铝77％，铝酸镧5％。

本发明的效果：

本发明采用简单的制备方法，生产出价格低廉效果较好的除磷吸附剂。该除磷吸附剂通过静电引力、配位体交换和吸附剂表面氧空位作用，对水体中不同种类的磷化合物均具有较高的去除效果。pH适用范围广，生态安全性高，储藏、运输、使用方便，磷固定效果持久，经济效益显著。

(四)附图说明

图1为一种高效去除水体中磷的新型吸附材料的扫描电镜照片

图2为一种高效去除水体中磷的新型吸附材料的XRD衍射图

图3为一种高效去除水体中磷的新型吸附材料的La L_III-edge EXAFS图谱

(五)具体实施方式

实施例1：

称取4g氯化镧和13g氯化铝至1L锥形瓶中(1)；加入200mL去离子水，60℃水浴条件下搅拌10min，使其完全溶解(2)；加入2mol L^-1的氢氧化钠溶液至pH为9时停止加入(3)；保持体系温度为60℃继续加热10小时(4)；用约1L去离子水洗涤产物3至4次，离心去除上清液，冷冻干燥(5)；研磨得到除磷吸附剂粉状产品(6)。其中，氢氧化镧含量占产品干基重18％，氢氧化铝含量占产品干基重77％；铝酸镧占产品干基重5％；pH适用范围为4-10。

所得粉剂中：含La％＝13％；含Al％＝27％。

实施例2：

称取4g氯化镧和20g氯化铝至1L锥形瓶中(1)；其余制备过程重复实施例1中步骤(2)～(6)。其中，氢氧化镧含量占产品干基重14％，氢氧化铝含量占产品干基重85％；铝酸镧占产品干基重1％；pH适用范围为4-10。

所得粉剂中：含La％＝10％；含Al％＝29％。

实施例3：

称取4g氯化镧和27g氯化铝至1L锥形瓶中(1)；其余制备过程重复实施例1中步骤(2)～(6)。其中，氢氧化镧含量占产品干基重11％，氢氧化铝含量占产品干基重86％；铝酸镧占产品干基重3％；pH适用范围为4-10。

所得粉剂中：含La％＝8％；含Al％＝30％。

实施例4：

称取4g氯化镧和33g氯化铝至1L锥形瓶中(1)；其余制备过程重复实施例1中步骤(2)～(6)。其中，氢氧化镧含量占产品干基重8％，氢氧化铝含量占产品干基重91％；铝酸镧占产品干基重1％；pH适用范围为4-10。

所得粉剂中：含La％＝6％；含Al％＝31％。

实施例5：

称取4g氯化镧和40g氯化铝至1L锥形瓶中(1)；其余制备过程重复实施例1中步骤(2)～(6)。其中，氢氧化镧含量占产品干基重7％，氢氧化铝含量占产品干基重92％；铝酸镧占产品干基重1％；pH适用范围为4-10。

所得粉剂中：含La％＝5％；含Al％＝32％。

应用实施例1：

配置一系列磷初始浓度为10、20、30、40、50、60mg P L^-1的磷酸二氢钾溶液40mL，并分别加入0.04g上述实施例1中除磷吸附剂(固体浓度为1.0g L^-1)。在25℃下170rpm振荡24h后过滤，测定溶液中磷酸盐的去除率。

磷初始浓度在10、20、30、40、50、60mg P L^-1下，除磷吸附剂对磷酸盐的去除率分别为97％、98％、96％、98％、95％、95％。

应用实施例2：

配置一系列磷初始浓度为10、20、30、40、50、60mg P L^-1的焦磷酸钠溶液40mL，并分别加入0.04g上述实施例1中除磷吸附剂(固体浓度为1.0g L^-1)。在25℃下170rpm振荡24h后过滤，测定溶液中焦磷酸根的去除率。

磷初始浓度在10、20、30、40、50、60mg P L^-1下，除磷吸附剂对焦磷酸根的去除率分别为100％、92％、69％、55％、43％、36％。

应用实施例3：

配置一系列磷初始浓度为10、20、30、40、50、60mg P L^-1的植酸钠溶液40mL，并分别加入0.04g上述实施例1中除磷吸附剂(固体浓度为1.0g L^-1)。在25℃下170rpm振荡24h后过滤，测定溶液中植酸的去除率。

磷初始浓度在10、20、30、40、50、60mg P L^-1下，除磷吸附剂对植酸的去除率分别为99％、99％、99％、98％、91％、77％。

应用实施例4：

配置一系列磷初始浓度为10、20、30、40、50、60mg P L^-1的磷酸二氢钾溶液40mL，并分别加入0.04g上述实施例3中除磷吸附剂(固体浓度为1.0g L^-1)。在25℃下170rpm振荡24h后过滤，测定溶液中磷酸盐的去除率。

磷初始浓度在10、20、30、40、50、60mg P L^-1下，除磷吸附剂对磷酸盐的去除率分别为90％、92％、92％、92％、90％、91％。

应用实施例5：

配置一系列磷初始浓度为10、20、30、40、50、60mg P L^-1的磷酸二氢钾溶液40mL，并分别加入0.04g上述实施例5中除磷吸附剂(固体浓度为1.0g L^-1)。在25℃下170rpm振荡24h后过滤，测定溶液中磷酸盐的去除率。

磷初始浓度在10、20、30、40、50、60mg P L^-1下，除磷吸附剂对磷酸盐的去除率分别为92％、90％、89％、86％、81％、77％。