一种Ce-Al除磷材料的制备方法

一种ce-al除磷材料的制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种ce-al除磷材料的制备方法，属于污水处理技术领域。


背景技术：

2.磷是水环境中广泛分布的主量元素，也是藻类和其他生物生产所必须的营养物质。但是，水体中磷酸盐的浓度超过0.02mg/l时，就有引发藻华和富营养化的潜在风险，进一步可能会恶化水体环境和生态系统。因此有必要采取措施来去除水体中过量的磷酸盐来控制水体中磷酸根的浓度。
3.现有技术中，磷酸根的去除方法包括吸附法、化学沉淀法、膜滤法、生物防治、离子交换法等。在这些方法中，吸附法由于其效果显著、成本低廉、操作简单、环境友好被普遍认为是一种有前景的理想技术手段。吸附法基本原理为界面吸附，即通过水溶液-矿物界面发生的离子交换反应、晶格共沉淀、表面沉淀等作用达到降低溶液中目标离子的浓度的目的。吸附法除磷技术的关键在于寻找合适的吸附剂，目前常用的吸附剂包括介孔碳(如生物炭)、介孔二氧化硅、介孔金属氧化物(如al2o3、mgo、zro2、tio2)或氢氧化物(层状双氢氧化物ldhs)、沸石和粘土矿物(如膨润土、蒙脱石)等，其中，介孔二氧化硅和介孔碳虽然具有高表面面积和独特的孔状结构，但吸附量小；介孔金属氧化物和氢氧化物对磷酸盐有很强的亲和力，但环境的ph条件对吸附能力有较大的限制；而其余吸附剂在施用方面具有不同方面的限制，在使用上有不同程度的不便。
4.铈(ce)是储量最丰富、价格最便宜的稀土元素之一，由于其无毒、化学稳定性好、与磷酸盐的特异性亲和力，在除磷材料方面受到关注。氧化铈对磷酸盐虽然具有不随ph变化这一显著优势，但吸附量小，制约了其实际应用。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种ce-al除磷材料的制备方法，方法简单，制备的ce-al复合材料适用ph范围广泛，并且具有优异的除磷效果。
6.技术方案
7.一种ce-al除磷材料的制备方法，包括如下步骤：
8.(1)将六水合硝酸铈和九水合硝酸铝加入到硝酸钠溶液中溶解，得到混合溶液；
9.(2)搅拌下，将步骤(1)的混合溶液和氢氧化钠溶液同时滴入到硝酸钠溶液中，氢氧化钠溶液的用量以控制体系ph值等于9为宜，滴加完成后，继续搅拌反应45～90min；
10.(3)将步骤(2)得到的反应产物离心，用去离子水洗涤得到的固体产物，最后将固体产物进行真空干燥，得到ce-al除磷材料。
11.进一步，步骤(1)中，所述六水合硝酸铈和九水合硝酸铝的摩尔比为(1～3)：(1～3)。
12.进一步，步骤(1)和(2)中，所述硝酸钠溶液的浓度为1～2mol/l。
13.进一步，步骤(2)中，所述氢氧化钠溶液的浓度为2mol/l。
14.进一步，步骤(3)中，所述真空干燥的温度为80～105℃。
15.本发明的有益效果：
16.本发明以六水合硝酸铈和九水合硝酸铝为原料，合成了一种ce-al除磷材料，方法简单，原料成本低，本发明的ce-al除磷材料具有优异的除磷效果，并且适用ph范围宽泛，适用于水体除磷领域，具有很好的经济效益和环境效益，另外，本发明的ce-al除磷材料为粉末状，便于运输，具有长途运输、产业化、商业化的潜力。
附图说明
17.图1为实施例1制备的ce-al除磷材料的xrd图。
具体实施方式
18.下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
19.实施例1
20.一种ce-al除磷材料的制备方法，包括如下步骤：
21.(1)将0.05mol六水合硝酸铈和0.05mol九水合硝酸铝加入到50ml浓度为1.5mol/l的硝酸钠溶液中溶解，得到混合溶液；
22.(2)搅拌下，将步骤(1)的混合溶液和浓度为2mol/l氢氧化钠溶液同时滴入到450ml浓度为1.5mol/l的硝酸钠溶液中，氢氧化钠溶液的用量为83ml，体系ph值为9，滴加完成后，继续搅拌反应60min；
23.(3)将步骤(2)得到的反应产物离心，用去离子水洗涤得到的固体产物，最后将固体产物在90℃下真空干燥24h，得到ce-al除磷材料。
24.实施例1制备的ce-al除磷材料的xrd图见图1，可以看出，合成的ce-al除磷材料的结构类似于结晶性较差的ceo2。
25.实施例2
26.一种ce-al除磷材料的制备方法，包括如下步骤：
27.(1)将0.05mol六水合硝酸铈和0.15mol九水合硝酸铝加入到50ml浓度为1.5mol/l的硝酸钠溶液中溶解，得到混合溶液；
28.(2)搅拌下，将步骤(1)的混合溶液和浓度为2mol/l氢氧化钠溶液同时滴入到450ml浓度为1.5mol/l的硝酸钠溶液中，氢氧化钠溶液的用量为163ml，体系ph值为9，滴加完成后，继续搅拌反应60min；
29.(3)将步骤(2)得到的反应产物离心，用去离子水洗涤得到的固体产物，最后将固体产物在90℃下真空干燥24h，得到ce-al除磷材料。
30.实施例3
31.一种ce-al除磷材料的制备方法，包括如下步骤：
32.(1)将0.15mol六水合硝酸铈和0.05mol九水合硝酸铝加入到50ml浓度为1.5mol/l的硝酸钠溶液中溶解，得到混合溶液；
33.(2)搅拌下，将步骤(1)的混合溶液和浓度为2mol/l氢氧化钠溶液同时滴入到450ml浓度为1.5mol/l的硝酸钠溶液中，氢氧化钠溶液的用量为89ml，体系ph值为9，滴加完成后，继续搅拌反应60min；
34.(3)将步骤(2)得到的反应产物离心，用去离子水洗涤得到的固体产物，最后将固体产物在90℃下真空干燥24h，得到ce-al除磷材料。
35.对比例1
36.一种复合除磷材料的制备方法：取0.05mol氧化铈和0.05mol活性氧化铝，混合均匀，得到复合除磷材料。
37.应用测试：
38.配制nah2po4和nano3的混合溶液作为待除磷的溶液，所述混合溶液中，nah2po4的浓度为2mm，nano3的浓度为0.01m。测试不同ph条件下实施例1、2、3制得的ce-al除磷材料、对比例1制得的复合除磷材料、氧化铈、活性氧化铝的除磷效果。
39.实验一
40.往40ml待除磷溶液中加入0.1g除磷材料(分别为实施例1-3制得的ce-al除磷材料、对比例1制得的复合除磷材料、氧化铈、活性氧化铝)，室温下于摇床中振荡反应，得到浆液，摇床转速120r/min，实验过程中控制浆液ph为3，24h后，对浆液进行离心(5000r/min离心5min)，分离出上清液，在700nm波长处钼酸盐蓝光分光光度计方法分析磷浓度。
41.实验结果：
42.在ph为3的酸性反应条件下，实施例1制得的ce-al除磷材料的磷吸附量为24.67mg/g，去除率为99.48％；实施例2制得的ce-al除磷材料的磷吸附量为24.57mg/g，去除率为99.07％；实施例3制得的ce-al除磷材料的磷吸附量为24.74mg/g，去除率为99.76％；对比例1制得的复合除磷材料的磷吸附量为12.65mg/g，去除率为51.01％；氧化铈的磷吸附量为4.58mg/g，去除率为18.45％；活性氧化铝的磷吸附量为9.21mg/g，去除率为37.12％。
43.实验二
44.往40ml待除磷溶液中加入0.1g除磷材料，室温下于摇床中振荡反应，得到浆液，摇床转速120r/min，实验过程中控制浆液ph为6，24h后，对浆液进行离心(5000r/min离心5min)，分离出上清液，在700nm波长处钼酸盐蓝光分光光度计方法分析磷浓度。
45.实验结果：
46.在ph为6的酸性反应条件下，实施例1制得的ce-al除磷材料的磷吸附量为24.72mg/g，去除率为99.68％；实施例2制得的ce-al除磷材料的磷吸附量为24.78mg/g，去除率为99.91％；实施例3制得的ce-al除磷材料的磷吸附量为24.74mg/g，去除率为99.76％；对比例1制得的复合除磷材料的磷吸附量为8.238mg/g，去除率为33.22％；氧化铈的磷吸附量为4.03mg/g，去除率为16.26％；活性氧化铝的磷吸附量为9.67mg/g，去除率为39％。
47.实验三
48.往40ml待除磷溶液中加入0.1g除磷材料，室温下于摇床中振荡反应，得到浆液，摇床转速120r/min，实验过程中控制浆液ph为9，24h后，对浆液进行离心(5000r/min离心5min)，分离出上清液，在700nm波长处钼酸盐蓝光分光光度计方法分析磷浓度。
49.实验结果：
50.在ph为9的碱性反应条件下，实施例1制得的ce-al除磷材料的磷吸附量为23.35mg/g，去除率为94.15％；实施例2制得的ce-al除磷材料的磷吸附量为23.66mg/g，去
除率为95.40％；实施例3制得的ce-al除磷材料的磷吸附量为24.73mg/g，去除率为99.71％；对比例1制得的复合除磷材料的磷吸附量为4.26mg/g，去除率为17.18％；氧化铈的磷吸附量为3.56mg/g，去除率为14.35％；活性氧化铝的磷吸附量为3.50mg/g，去除率为14.12％。