一种吸附材料及其制备方法和用途与流程

本发明涉及环境污染治理，特别是涉及一种吸附材料及制备方法和用途。

背景技术：

1、磷是一种不可再生资源，一方面在全球范围内存在枯竭危机，另一方面，水产养殖、农业生产等人类活动排放的富含磷的废水给自然水体生态系统带来严重问题，如富营养化等。吸附是从水体中回收磷的优选技术，凭借其易于操作、处理效率高、运行成本低等优点，具有较高的实用性。近些年来，开发了多种吸附材料用于吸附和回收水体中的磷，如金属基氧化物、天然矿石、活性炭等，但上述吸附材料均存在粒径小、成本高、磷吸附能力较弱等缺点，影响普及，因此有必要开发具有高吸附能力和较低成本的新型磷吸附材料。

2、中国专利cn107312127a公开了一种化学改性结冷胶的制备方法，该方法包括如下操作步骤：以过硫酸钾为引发剂，丙烯酰胺为接枝单体，三羟甲基丙烷三缩水甘油醚为交联剂，制备接枝共聚物。获得的改性结冷胶吸水增强，在较低结冷胶与丙烯酰胺比例的条件下也能获得高的接枝率，使结冷胶具有更广阔的应用前景。该发明操作简便，成本较低；制得的改性结冷胶可用做吸附剂在工业废水中发挥很大作用，还被应用于药物控释、生物医学工程以及填充传导等领域，但是其对磷吸附性较差。

3、中国专利cn113929195a公开了一种污泥胞外聚合物复合纳米零价铁的制备方法。所述方法包括以下步骤：活性污泥静置沉淀，水浴加热，添加无水naco3，然后离心得到的污泥胞外聚合物，加入fecl3·6h2o，加入nabh4水溶液，氮气保护下搅拌，利用磁铁分离固体产物。本发明以纳米零价铁与剩余污泥为基础，制备的污泥胞外分泌物复合纳米零价铁不仅保留了微生物胞外分泌物高效、适用于处理重金属废水等优点，同时又具备纳米零价铁所特有的磁分离特性与高还原吸附特性，易回收，絮凝效率高，还原吸附效率高，避免污泥二次污染，但是其对磷吸附性还有待提高。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种吸附材料及其制备方法和用途，用于进一步提高磷吸附性。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案获得的。

3、本发明提供一种吸附材料的制备方法，包括如下步骤：将污泥胞外聚合物和结冷胶聚合后，浸泡于铁离子溶液中，获得吸附材料。

4、优选地，所述结冷胶选自高酰基结冷胶和低酰基结冷胶中的一种或两种。

5、优选地，所述污泥胞外聚合物通过提取污泥获得。

6、更优选地，所述污泥为市政污泥和/或河湖底泥。

7、更优选地，所述污泥胞外聚合物的制备方法为：将污泥固液分离后获得固体，提取，纯化，获得所述污泥胞外聚合物。

8、进一步优选地，固液分离采用离心。

9、更进一步优选地，离心转速为1000～1500r/min。

10、更进一步优选地，离心时间为5～20min。

11、进一步优选地，纯化采用微滤。

12、进一步优选地，提取方法为：加入磷酸缓冲液补足体积，采用加热、超声和离心中的一种或多种方法提取。

13、更进一步优选地，加热温度为75～85℃。

14、更进一步优选地，加热时间为20～40min。

15、更进一步优选地，超声频率为15～30khz。

16、更进一步优选地，超声时间为3～5min。

17、更进一步优选地，离心转速为5500～6500r/min。

18、更进一步优选地，离心时间为25～40min。

19、更进一步优选地，所述磷酸缓冲液的ph为5.5～8.5。

20、优选地，聚合反应还包括反应介质，反应介质为水。

21、优选地，所述污泥胞外聚合物(eps)与所述结冷胶的质量比为(0.5～10)：1。eps与结冷胶的质量比可以为：(0.5～1)：1、(1～2)：1、(2～3)：1、(3～4)：1、(4～5)：1、(5～10)：1。eps的用量越多，结冷胶的用量越少，吸附材料的磷吸附性能越高，但若结冷胶的用量过少，吸附材料的磷吸附性能下降。

22、优选地，聚合反应还包括引发剂，所述引发剂选自过硫酸铵和过硫酸钾的一种或两种。

23、更优选地，所述结冷胶与所述引发剂的质量比为(0.1～10)：1。

24、所述结冷胶与所述引发剂的质量比可以为(0.1～0.4)：1、(0.4～1)：1、(1～2)：1、(2～3)：1、(3～4)：1、(4～5)：1。

25、优选地，聚合反应溶液中，所述污泥胞外聚合物的浓度为10～60g/l。如所述污泥胞外聚合物的用量为10～20g/l、20～30g/l、30～40g/l、40～50g/l、50～60g/l。所述污泥胞外聚合物的浓度过高或过少均会降低磷吸附效果。

26、优选地，所述污泥胞外聚合物和所述结冷胶在聚合反应前，还进行混合处理。

27、优选地，聚合温度为75～95℃。如可以为75～80℃、80～85℃、85～90℃或90～95℃。

28、更优选地，聚合温度的升温速率为0.5～1.5℃/min。如可以为0.5～0.7℃/min、0.7～1℃/min、1～1.2℃/min或1.2～1.5℃/min。

29、更优选地，聚合时间为5～7h。

30、优选地，所述污泥胞外聚合物和所述结冷胶在聚合反应后，进行冷却处理。

31、更优选地，冷却温度为20～30℃，冷却时间为22～26h。

32、冷却温度可以为20～22℃、22～24℃、24～26℃、26～28℃、28～30℃。冷却时间可以为22～23h、23～24h、24～25h或25～26h。

33、优选地，所述铁离子溶液选自氯化铁溶液、硫酸铁溶液和硝酸铁溶液中的一种或多种。溶液的溶剂为水。

34、优选地，所述铁离子溶液中铁离子的浓度为0.2～2.2mol/l。如铁离子溶液中铁离子的浓度可以为0.2～0.6mol/l、0.6～1mol/l、1～1.4mol/l、1.4～1.8mol/l或1.8～2.2mol/l。铁离子溶液中铁离子浓度越高，磷去除率越高，但铁离子浓度过高时，磷去除率不会再增长。

35、优选地，浸泡时间为18～28h。如浸泡时间可以为18～20、20～22、22～24、24～26或26～28h。

36、优选地，浸泡处理还进行洗涤和/或干燥处理。

37、更优选地，所述洗涤为水洗。

38、更优选地，所述干燥为阴干。

39、本发明还公开了上述所述制备方法制备的吸附材料。

40、本发明还公开了上述所述吸附材料用于吸附水环境中的磷的用途。

41、本发明还公开了一种去除水环境中磷的方法，具体步骤为：在水体中加入上述所述吸附材料。

42、优选地，所述吸附材料的添加量为10～30g/l。如可以为10～15g/l、15～20g/l、20～25g/l或25～30g/l。

43、本发明公开一种吸附材料及其制备方法和用途，所述吸附材料中结冷胶分子链上的羟基通过氢键物理交联形成三维螺旋结构，在结冷胶分子链上接枝eps，并通过络合作用结合铁离子。所述吸附材料具有如下有益效果：

44、(1)大幅度提高了磷吸附能力；

45、(2)适用于ph(3-10)的环境中，在酸性、碱性和中性环境中仍具有较高的磷吸附能力；

46、(3)易于回收，回收的吸附材料在碱性溶液中释放磷后，还可再次用于磷吸附，实现吸附材料的循环利用；同时，解吸的溶液可用于制作磷肥等，实现磷的回收利用；

47、(4)在磷酸盐吸附过程中，受环境中共存阴离子的影响较小；

48、(5)本发明以污泥为原材料，实现了废弃物的资源化利用；同时，制备条件温和，制备工艺简单，适合大规模工业化生产，可广泛用于水环境治理。