一种细颗粒泥沙除磷吸附剂及制备方法与流程

：本发明属于水污染治理和环境工程，具体涉及一种用于磷污染治理的细颗粒泥沙除磷吸附剂及制备方法。

背景技术

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背景技术：

1、河湖富营养化现象是自然发展的必然阶段，由于人类社会的快速发展，氮磷等营养盐过多输入到河湖、海湾等水体中，加快了河湖富营养化，引起藻类大量繁殖，导致水生动植物死亡、水质恶化等现象。部分富营养化河湖水体总磷负荷长期居高不下，成为水污染治理的难点。因此为有效地减少河湖水体磷负荷，研究水体磷污染治理措施成为改善河湖水质、减少河湖磷污染危害风险的热点。

2、利用吸附材料削减磷是常见的水体磷污染治理方法之一，因其操作简单、周期短、减磷效果显著等特点，受到了更为广泛的关注。吸附材料是除磷技术的关键。泥沙来源广泛，是河湖水体中一种常见的吸附载体，泥沙的吸附解吸作用会改变水体中溶解态磷和颗粒态磷的含量。然而，泥沙对磷的自然吸附能力有限，而且粒径越小，单位质量泥沙对磷的吸附量越大，如何提升泥沙对磷的吸附能力是研究的重点。

3、活化处理是提升材料吸附性能的方式之一。但活化处理方法多样，对具体材料适用的活化方法也存在非常大的差别。一般而言，活化方法主要有高温活化、酸碱活化、负载无机盐活化以及陶粒化等，需根据具体的研发目的提出不同的活化条件和方法，从而使吸附材料达到所需的性能指标。目前，对于磷污染治理材料主要采用单一的活化处理方法或直接混合化学除磷剂，效率较低，而且可能产生二次污染。泥沙作为天然广泛存在的重要的磷吸附载体，亟需研究泥沙活化方法，通过改变其物化性质，进而提升其吸附固磷能力。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、本发明的第一目的是针对现有技术的不足，提供一种用于磷污染治理的细颗粒泥沙除磷吸附剂的制备方法，为研发水体磷污染治理工艺提供重要的高性能材料支撑。

2、本发明的第二目的是提供一种用于磷污染治理的细颗粒泥沙除磷吸附剂。

3、本发明采用以下技术方案：

4、(一)本发明提供一种细颗粒泥沙除磷吸附剂的制备方法，以河湖泥沙为基材，可来源于河湖底泥或黄沙等，首先将泥沙进行净化，去除表面杂质，防止污染物质对泥沙物化性质产生干扰；随后进行颗分处理，筛选出细颗粒泥沙；接着将颗分处理后泥沙进行表面多孔活化；最后将多孔泥沙负载钙基活化，得到细颗粒泥沙除磷吸附剂。

5、进一步的，所述泥沙净化包括：将泥沙用符合自来水《生活饮用水卫生标准》(gb5749-2006)的水进行水洗振荡，通过水洗除去泥沙粘附的可溶性碳氮磷，通过振荡器(振荡频率300转/分)的振荡将加快粘附在泥沙表面物质的去除效率，也可将难溶性的物质从泥沙表面脱离出来，水洗振荡的过程至少反复进行3次；将水洗后的泥沙与盐酸溶液混合均匀并振荡，随后自然沉降，通过玻璃纤维膜过滤；用纯净水(tds＜50mg/l)将滤出的泥沙反复超声清洗并自然沉降除去清洗液，直至清洗液ph在6.5～7.5之间；将洗净后的泥沙烘干。

6、进一步的，所述盐酸溶液摩尔浓度为0.5～1.0mol/l，泥沙与盐酸溶液的质量体积比为1g：10ml；泥沙与盐酸溶液混合后在恒温水浴振荡箱中振荡2～4小时，振荡频率200～300转/分；所述玻璃纤维膜的孔径大小为0.1mm；所述超声水洗频率50～100hz；所述烘干过程为：在60℃下烘干2小时以上，使泥沙含水率小于3％。

7、进一步的，所述颗分处理包括：将净化处理后的泥沙过0.1mm的土壤筛进行筛分，将筛分后的泥沙放置于激光粒度仪下检测，如果泥沙中值粒径≤100μm，则表示泥沙颗分处理合格，如果泥沙中值粒径>100μm，则重复筛分操作，直至获得的泥沙中值粒径≤100μm，得到细颗粒泥沙基材。这对泥沙活化效率及其磷吸附性能具有非常重要的影响，如果泥沙基材不满足粒径标准，则泥沙活化性能将受到影响。

8、进一步的，所述表面多孔活化包括：将细颗粒泥沙基材与两性表面活性剂混合均匀，置于马弗炉中600～1000℃高温反应2～4h，反应结束后置于液氮(温度为-196℃)中快速冷却30～60min，随后用纯净水(tds<50mg/l)反复清洗细颗粒泥沙基材，直至清洗液ph在6.5～7.5之间，最后将细颗粒泥沙基材置于马弗炉中500～800℃高温环境下脱膜处理，除去残留的两性表面活性剂，得到表面多孔活化泥沙。

9、进一步的，所述细颗粒泥沙基材与两性表面活性剂的质量比为1:(2～5)；所述两性表面活性剂为卵磷脂、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱、咪唑啉和月桂酰胺丙基氧化胺中的一种或一种以上。

10、进一步的，所述两性表面活性剂为卵磷脂。

11、进一步的，所述多孔泥沙负载钙基活化包括：将氯化钙与铁触媒混合均匀，随后与表面多孔活化后的细颗粒泥沙混合均匀，利用液压机压制成型，置于马弗炉中1000～1200℃、20～40mpa条件下烧结2～4h；烧结结束后，放入饱和ca(oh)2溶液进行快速冷却；烧结-冷却过程反复数次后，用玻璃纤维膜过滤、烘干、冷却，得到细颗粒泥沙除磷吸附剂。

12、进一步的，所述氯化钙与铁触媒混合质量比为1:1；氯化钙、铁触媒混合物与表面多孔活化后的细颗粒泥沙的混合质量比为(3～10):1；液压机压力为20～40mpa，成型件高度为7～10mm，玻璃纤维膜孔径为0.1mm；干燥温度为60℃。

13、进一步的，所制备的细颗粒泥沙除磷吸附剂中，钙含量>15％，磷含量<260mg/dm3，当钙、磷含量不符合上述标准时，则重复泥沙净化和多孔泥沙负载钙基活化的程序，直至满足钙、磷含量要求。

14、进一步的，所制备的细颗粒泥沙除磷吸附剂存储环境为：相对湿度小于10％、光照度小于0.1lux、干燥阴暗的密闭环境，防止细颗粒活性泥沙吸收空气水分和受光照影响表面负载钙盐含量，从而对细颗粒活性泥沙的磷吸附性能产生影响。活性泥沙在使用前，若长期存储，需进行定期检测，如不符合钙磷含量要求，则停止存储，重新启动泥沙负载钙基活化程序。

15、(二)本发明还提供一种细颗粒泥沙除磷吸附剂，由上述制备方法制备得到。

16、本发明的有益效果：

17、本发明所应用的泥沙基材具有来源广泛、成本低廉、获取方法简单、耗能低的优势，且制备方法高效快捷。细颗粒泥沙经过本发明方法的活化处理后，比表面积增大、孔隙度增大、钙盐负载效率高，极大地提升了细颗粒泥沙的磷吸附能力，过程无二次污染风险，可广泛用于河湖磷污染水体的应急治理，能有效降低水体中磷含量，实现了泥沙资源化高效利用和水质改善目的。

技术特征：

1.一种细颗粒泥沙除磷吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的细颗粒泥沙除磷吸附剂的制备方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的细颗粒泥沙除磷吸附剂的制备方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的细颗粒泥沙除磷吸附剂的制备方法，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的细颗粒泥沙除磷吸附剂的制备方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的细颗粒泥沙除磷吸附剂的制备方法，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的细颗粒泥沙除磷吸附剂的制备方法，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的细颗粒泥沙除磷吸附剂的制备方法，其特征在于，

9.根据权利要求1所述的细颗粒泥沙除磷吸附剂的制备方法，其特征在于，

10.权利要求1～9任意一项制备方法制备的细颗粒泥沙除磷吸附剂。

技术总结
本发明公开了一种细颗粒泥沙除磷吸附剂及制备方法，制备方法包括泥沙净化、泥沙颗分处理、泥沙表面多孔活化、多孔泥沙负载钙基活化、活性泥沙检测和活性泥沙高效存储。本发明以河湖泥沙为基材，可来源于河湖底泥或黄沙等，获得的细颗粒泥沙经过净化、表面多孔活化后可提升比表面积、孔隙率、粘度等表征吸附性能的关键物理参数，并经过负载钙基活化后形成了负载高钙、低磷的多孔活性泥沙，极大地提升了细颗粒泥沙的磷吸附能力。本发明采用的泥沙来源广泛、成本低廉，活化方法高效便捷、过程无二次污染风险，可广泛用于河湖磷污染水体的应急治理，能有效降低水体中磷含量，实现了泥沙资源化高效利用和水质改善目的，具有广阔的应用前景。

技术研发人员：陆彦,李敏洁,陆永明,吴攀,朱明成,黄廷杰,李寿千,刘怀湘,左利钦,吴昱甫
受保护的技术使用者：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15