一种钙基膨润土改性磷原位钝化剂的制备方法与流程

本发明涉及一种钙基膨润土改性磷原位钝化剂的制备方法，属于磷原位钝化剂。

背景技术：

1、沉积物是湖泊磷的重要源和汇，其在水生生态系统营养物质迁移转化中起着至关重要的作用。诸多研究表明，沉积物中磷的释放会显著影响湖水磷的浓度以及磷在沉积物-水界面的迁移和转化。即使在外源磷输入减少或得到有效控制情况下，磷的内部负荷仍然会导致湖泊持续富营养化。因此，内源磷的污染控制是湖泊富营养化治理和生态修复的必要基础。

2、根据内源磷污染控制原理差异，目前湖泊底泥污染控制技术可大致分为以下方式：一种是将污染底泥直接去除运移至系统之外，采用的典型技术是底泥环保疏浚；第二种是采用沉水植物将底泥中的磷吸收到植物体中并降低底泥-水界面磷的释放通量；第三种是通过物理、化学及生物方法将污染物原位“固定”在底泥中，抑制其向上覆水体释放，采用的主要手段是原位钝化技术。

3、其中底泥原位钝化技术通过在沉积物表面投加一层覆盖材料，在底泥表面形成一个“掩蔽层”，使底泥中不稳定态的磷与钝化剂结合或者被钝化剂吸附，从而抑制底泥磷向上覆水释放而达到对底泥污染物的固定作用，降低底泥污染物向上覆水迁移。与铁盐相比，铝盐不受氧化还原电位的影响，较多应用于湖泊底泥磷修复。虽然铝盐应用较为广泛，但也存在较大缺陷。主要由于铝盐对于水体ph要求较高。在ph<5.5时，al(oh)3絮凝物会溶解释放al3+，继而对水体中生存的生物产生毒性。在ph>10的湖泊中，铝盐的固定效率会因羟基的竞争作用而降低。此外，浅水湖泊中沉积物频繁再悬浮会促使铝(al3+)进一步释放，危害水体。

4、部分天然粘土已被发现其对磷具有一定吸附效果，然而，天然粘土吸附容量一般较低、吸附效率差，极易受外界干扰。为此，对粘土改性的原位钝化材料的研发受到越来越多的关注和使用，出现了众多以粘土为吸附材料的内源磷吸附材料，如镧改性沸石、镧改性凹凸棒土等。其中应用最为广泛，在美国及欧洲地区的湖泊中，能够有效控制湖泊富营养化。主要是由于镧与沉积物中磷结合，生成磷酸镧沉淀，磷酸镧溶度积较低，不易溶于水。但此材料极易受有机质的影响，导致吸附效率较低，另其生产成本较高，使得该产品的推广受到极大限制。当前，富钙的钙基膨润土已被发现其对磷具有一定吸附效果，但其对磷的吸附固定量不高，其受ph的影响较大，从而极大地限制了天然钙基膨润土作为吸附剂的应用范围。

技术实现思路

1、基于上述，本发明旨在提供一种钙基膨润土改性磷原位钝化剂的制备方法，以增加钙基膨润土对磷的吸附固定量，降低ph对吸附量的影响。

2、本发明的技术方案是：一种钙基膨润土改性磷原位钝化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、s1，负载：将干燥的粉末状的钙基膨润土浸入到氯化镧溶液中进行负载；

4、s2，反应：采用氢氧化钠调节溶液至碱性并继续反应；在碱性条件下反应的作用是形成氢氧化镧，将其附着于钙基膨润土表面，增加钙基膨润土阳离子交换量，提升吸附量；

5、s3，离心，弃去上清液；将聚合氯化铝的溶液加入至离心后的镧改性钙基膨润土中继续进行负载，以将al离子负载到钙基膨润土上，提高改性材料的絮凝沉降作用，从而达到增大吸附容量，增强去除效率的目的。

6、s4，离心、干燥即得。离心的目的是去除改性材料中置换的其他离子，降低对改性材料吸附量的影响。

7、作为本发明的进一步改进，步骤s1中钙基膨润土粉末于23～30℃充分震荡1-3h负载；步骤s2中在碱性条件下震荡反应10-12h；步骤s3中氯化镧改性后的材料在聚合氯化铝溶液中，于在23～30℃震荡反应10-12h。

8、作为本发明的进一步改进，所述钙基膨润土与氯化镧、聚合氯化铝溶液的水土质量比为1:5～1:20。

9、作为本发明的进一步改进，所述钙基膨润土中蒙脱石质量含量为95％，钙质量含量为1％。

10、作为本发明的进一步改进，所述钙基膨润土由机械粉碎至小于200目的粉末，粉末在105-120℃下恒温干燥至恒重，以去除钙基膨润土中的自由水和结合水，增加负载量。

11、作为本发明的进一步改进，所述氯化镧与聚合氯化铝溶液中镧与铝的质量比为3:5～5:3。

12、作为本发明的进一步改进，所述氯化镧与聚合氯化铝溶液中镧与铝的质量比为4:5。

13、作为本发明的进一步改进，所述氯化镧溶液与聚合氯化铝溶液中，氯化镧质量分数为3～5％，聚合氯化铝溶液中聚合氯化铝质量分数为3～5％。

14、本发明的技术原理：本发明以钙基膨润土为原料，通过离子交换的方式，将钙基膨润土中的其他阳离子(fe、mn、mg等)置换，将la离子负载到膨润土上形成新型材料，进一步将al离子负载到钙基膨润土上，提高改性材料的絮凝沉降作用，从而达到增大吸附容量，增强去除效率的目的。通过氢氧化钠将镧负载到材料表面，从而提高锁磷剂固磷容量。

15、天然粘土一般都具有对磷的吸附容量小、效果差，易受环境因素影响(ph)的缺点。在碱性条件下，铝盐溶于水后会生成al(oh)3絮凝物，通过添加聚合氯化铝既可降低氧化还原电位对湖泊沉积物磷的控制效率，又能增加吸附材料的絮凝沉降效率。由于镧和沉积物中的活性磷极易形成磷酸镧沉淀，且lapo4的溶度积常数很小，为ksp＝3.7*10-23，表明la3+与po43-在溶液中易产生不溶性沉淀。

16、la-oh2++2h2po4-→(la(h2po4)2)++2oh-

17、2la-oh2++2h2po4-→(la2(hpo4)2)2++2h2o+2oh-

18、镧铝改性磷原位钝化剂有效组分随原料一起沉积在沉积物表面，并和磷酸根发生作用，以膜的形式覆盖在沉积物表面，其结果是改变沉积物中活性磷存在形式，使其改变为稳定的无污染的磷成分，抑制沉积物磷进一步向上覆水扩散。

19、本发明的有益效果：本发明提供了一种方法简单、成本低廉，且环境友好的钙基膨润土改性磷原位钝化剂的制备方法，增强了改性磷原位钝化剂在高有机质、高ph条件下，对底泥的钝化效率，降低了沉积物内源磷释放，改善因单一金属受环境影响较大的劣势，双金属改性材料形成互补优势进一步降低环境因素对钝化效率的影响。通过将本发明制备得到的改性磷原位钝化剂用于吸附固定磷，不仅可以将工业生活污水、富营养化水体中的磷，而且还能够将湖泊沉积物中的磷进行固定，有效控制水体富营养化。

技术特征：

1.一种钙基膨润土改性磷原位钝化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的钙基膨润土改性磷原位钝化剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中钙基膨润土粉末于23~30℃充分震荡1-3h负载；步骤s2中在碱性条件下震荡反应10-12h；步骤s3中的改性材料在23~30℃充分震荡10-12h。

3.根据权利要求1所述的钙基膨润土改性磷原位钝化剂的制备方法，其特征在于，所述钙基膨润土与氯化镧、聚合氯化铝溶液的固液比为1:5～1:20。

4.根据权利要求1所述的钙基膨润土改性磷原位钝化剂的制备方法，其特征在于，所述钙基膨润土中蒙脱石质量含量为95%，钙质量含量为1%。

5.根据权利要求1所述的钙基膨润土改性磷原位钝化剂的制备方法，其特征在于，所述钙基膨润土由机械粉碎至小于200目的粉末，粉末在105~120℃下恒温干燥至恒重。

6.根据权利要求1所述的钙基膨润土改性磷原位钝化剂的制备方法，其特征在于，所述氯化镧与聚合氯化铝溶液中镧与铝的质量比为3:5~5:3。

7.根据权利要求6所述的钙基膨润土改性磷原位钝化剂的制备方法，其特征在于，所述氯化镧与聚合氯化铝溶液中镧与铝的质量比为4:5。

8.根据权利要求1所述的钙基膨润土改性磷原位钝化剂的制备方法，其特征在于，所述氯化镧溶液与聚合氯化铝溶液中，氯化镧质量分数为3~5%，聚合氯化铝溶液中聚合氯化铝质量分数为3~5%。

技术总结
本发明公开了一种钙基膨润土改性磷原位钝化剂的制备方法，包括以下步骤：S1，负载：将干燥的粉末状的钙基膨润土浸入到氯化镧溶液中进行负载；S2，反应：采用氢氧化钠调节溶液至碱性并继续反应；在碱性条件下反应的作用是增强La离子在钙基膨润土表面的负载量，提升改性材料吸附量。S3，离心、将离心后的改性膨润土加入到聚合氯化铝溶液中继续反应；S4，离心、干燥即得。本发明增强了改性磷原位钝化剂在高有机质、高pH条件下，对底泥的钝化效率，降低了沉积物内源磷释放，改善因单一金属受环境影响较大的劣势，双金属改性材料形成互补优势进一步降低环境因素对吸附量的影响。

技术研发人员：杨海全,侯锋,蒋鲁佳,陈敬安,张小沫,王敬富,王怡然
受保护的技术使用者：贵州筑信水务环境产业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17