一种高效的耐盐型深度除磷吸附材料、应用和实验方法

本发明属于材料，涉及水处理中吸附除磷，尤其是一种高效的耐盐型深度除磷吸附材料、应用和实验方法。

背景技术：

1、目前，国际上有很多深度除磷的方法，如纳滤/反渗透、离子交换和人工湿地等，但相比来说采用吸附法深度除磷越来越普遍，吸附法具有去除效率高、操作简单、易分离、成本低、可重复使用等优点，在环境修复和污染控制领域得到了广泛的应用。目前原位化学钝化是国内外用于控制内源磷释放的主要方法之一，常用的钝化剂包括铁盐、铝盐和改性黏土。膨润土具有与沉积物相似的密度和颗粒大小，沉降后具有与沉积物相似的性质从而限制了物理搅动与生物搅动造成二次污染等一系列问题，是一种较为理想的磷钝化剂。它是一类天然的以蒙脱石为主要成分的非金属层状无机粘土矿物，膨润土的主要成分为二氧化硅，结构为两层硅氧四面体的中间夹一层铝氧八面体，具有较大的阳离子交换容量。由于层间具有很好的阳离子交换性能，从而与层间能自发地吸附相反电荷的正离子，这使膨润土表现出极大的膨胀性和较好的吸附性、粘结性等。单一的这种矿物材料对于废水中po43-的去除效率比较低，但是可以利用其本身的吸附特性与其结构进行研究，提高对废水中po43-的去除效能。

2、近几年研究表明，应用稀土元素吸附剂或其改性吸附剂，对含磷废水进行吸附去除，具有较高的吸附量、较快的吸附速度以及良好的选择性等优点，使得利用稀土元素制备除磷吸附剂成为近些年来吸附除磷领域的研究热点，目前镧系化合物已被证明在磷酸盐吸附方面非常有效，并且对环境友好，因此选择在此背景下进行研究。单一的一种镧系化合物去除po43-性能高，但是也会带来一些成本效益的问题，因此需要负载到一些矿物材料膨润土上作为吸附剂，利用膨润土本身的结构特点优势以及镧系化合物负载其表面的稳定性能进行吸附除磷的一个研究，其次废水中一些阴离子cl-、so43-、no2-等共存阴离子对po43-的吸收也存在着一定的干扰作用，农药生产、制药、印染、制革等行业的生产废水及垃圾渗滤液中也含有大量的无机盐，主要以nacl和na2so4为主，此类高盐难降解废水一般是生化处理的极限，而工业园区污水处理均以生物处理系统为主，二沉池出水后还需利用吸附法进行深度除磷，针对在高盐含量条件下对po43-的去除性能研究较少。因此本技术也需要在高盐含量的条件(主要是nacl)下对po43-去除进行一个研究。

3、目前一些天然矿物材料合成吸附剂材料虽然来源广泛，但是吸附剂除磷效率没有复合的高，用量也大造成后续的回收困难；而由多种金属合成的吸附剂虽然吸附效果好，但是制备成本高，离工业化应用遥远，不易对其进行实际应用。其次一些除磷吸附剂尤其在高盐情况下，氯离子对其有抑制，很难达到0.05mg/l以下，针对高盐废水中对po43-去除研究还不完善，因此，需要开发出兼具耐盐、高效性能的除磷吸附剂。

4、通过检索，尚未发现与本发明专利申请相关的专利公开文献。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术上存在的问题，提供一种高效的耐盐型深度除磷吸附材料、应用和实验方法。

2、本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

3、一种高效的耐盐型深度除磷吸附材料，所述吸附材料的制备包括如下步骤：

4、采用水热-共沉淀法合成了耐盐型深度除磷吸附剂，即，称取膨润土进行改性，之后与浓度为0.2mol·l-1的lacl3溶液按照固液比1：5混合后，于150r·min-1，60℃混合反应4h后，于5000r/min进行离心15min，用去离子水冲洗表面上清液之后过滤，在80℃环境下烘干，研钵研碎，过100目筛，得到改性后的吸附材料la-ben吸附剂，即为高效的耐盐型深度除磷吸附材料。

5、进一步地，改性后膨润土与浓度为0.2mol·l-1的lacl3溶液按照固液比1：5混合后，置于恒温加热磁力搅拌器中以150r·min-1，60℃混合反应4h后，于高速离心机5000r/min、15min进行离心。

6、进一步地，所述高效的耐盐型深度除磷吸附材料通过扫描电子显微镜观察到：在吸附材料表面覆盖了一层颗粒状物质，且表面形成凹凸不平的褶皱，表面物质分布均匀，没有结团的现象出现。

7、进一步地，所述高效的耐盐型深度除磷吸附材料通过x射线衍射仪观察到：吸附材料在16.7°、27.9°、39.5°、47.6°出现吸附剂la(oh)3的特征衍射峰，还在θ值分别为26.7°和29.3°观察到了两个衍射峰。

8、进一步地，所述高效的耐盐型深度除磷吸附材料具有耐盐特性，该吸附材料符合准二级动力学，该吸附材料通过单层吸附过程；使用langmuir方程计算的该吸附材料的理论饱和最大磷酸盐吸收容量为20.1448mg/l；

9、所述高效的耐盐型深度除磷吸附材料适用于中性或偏酸性的条件下使用。

10、进一步地，所述高效的耐盐型深度除磷吸附材料在nacl的浓度为30g/l时的出水磷浓为0.012mg/l，磷去除率达到97.6％。

11、如上所述的高效的耐盐型深度除磷吸附材料在吸附除磷方面中的应用。

12、如上所述的高效的耐盐型深度除磷吸附材料的使用方法，所述吸附材料除磷时的最佳反应条件为：lacl3溶液负载量0.2mol/l，吸附剂的投加量为0.20g/l，溶液ph＝6，反应时间15min。

13、一种研究如上所述的高效的耐盐型深度除磷吸附材料的实验方法，所述方法包括如下步骤：

14、实验的基本条件：设置磷初始浓度0.5mg/l，吸附剂投加量0.2g/l，200ml含nacl浓度30g/l磷溶液于锥形瓶中，放入摇床中25℃、150r/min恒温振荡15min，之后取出上清液，5000r/min、10min的条件下离心，过0.45μm滤膜；

15、(1)进行ph影响因素实验：用hcl与naoh调节溶液ph为3、4、5、6、7、8、9，测定不同ph条件下的磷去除效果；

16、(2)进行温度影响因素实验：设置不同温度梯度15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、45℃条件下磷去除效果；

17、(3)共存阴离子影响因素实验：选取了含量为25mg/l和100mg/l的cl-、no3-和so42-测定对磷去除效果；

18、(4)进行盐度影响因素实验：设置不同nacl含量下10g/l、20g/l、30g/l、40g/l、50g/l测定对磷去除效果；

19、(5)进行投加量影响因素实验：设置不同吸附剂投加量0.05g/l、0.1g/l、0.2g/l、0.3g/l、0.4g/l对磷的去除效果；

20、除了在ph与温度和投加量对磷影响因素实验进行调节，其他因素影响因素实验中均未对其进行调节，以上实验重复三次。采用钼酸铵分光光度法测定其中tp含量；吸附剂的零电荷点phpzc通过质量滴定法测定为6.43。

21、实验过程采用的模型方法：在进行除磷吸附实验过程中，为了进一步揭示吸附这一过程的机理，同时确定吸附速率的限制步骤，采用准一级动力学与准二级动力学模型进行拟合，来评价吸附过程发生的是什么反应；采用langmuir和freundlich模型进行吸附等温拟合，评价吸附剂表面发生的是单层还是多层吸附，以及评价最大饱和吸附量。

22、进一步地，在盐度影响实验中评估了在使用nacl盐度含量下的bl除磷性能。

23、本发明取得的优点和有益效果：

24、1、本发明材料以膨润土为载体，利用氯化镧(lacl3·7h2o)负载进行吸附除磷试验，15min后对磷初始浓度0.5mg/l的高盐溶液去除率达到97.6％，远高于膨润土(1.6％)和商业化phoslock(37.3％)这种吸附材料对po43-的去除率。本发明材料具备一定的耐盐特性，在处理高盐度富营养化水方面的具有一定的应用潜力。本发明材料能够样可以减少试剂的添加量，降低水处理上的费用，为后续的工程应用提供理论依据。

25、2、本发明lb吸附材料的最佳反应条件为：最佳lacl3溶液负载量0.2mol/l，吸附剂投加量为0.20g/l，溶液ph＝6；反应时间15min(去除率达到97.6％)，lb吸附剂吸附po43-过程中对镧溶出量进行检测低于检测限，体现出lb吸附剂稳定性。

26、3、本发明进行盐度影响因素实验，评估了在使用nacl与合成海水中的po43-一系列盐度含量下的bl除磷性能。在含nacl不同含量条件下对po43-的去除性能与淡水中对po43-的去除性能基本没有影响，体现出一定的耐盐性。

27、4、本发明方法采用水热-共沉淀法合成了耐盐型除磷吸附剂(lb)，并通过x射线衍射仪(xrd)和扫描电子显微镜(sem)进行表征分析。以膨润土为载体，利用氯化镧(lacl3·7h2o)负载进行吸附除磷试验，15min后对磷初始浓度0.5mg/l的高盐溶液去除率达到97.6％，远高于膨润土(1.6％)和商业化phoslock(37.3％)这种吸附材料对po43-的去除率，lb吸附剂的最佳反应条件为：最佳lacl3溶液负载量0.2mol/l，吸附剂投加量为0.20g/l，溶液ph＝6；反应时间15min，之后评估了在使用nacl盐度含量下的bl除磷性能。拟合动力学模型，通过吸附等温线算出理论最大吸附量，探究了其深度除磷的效能。