[发明专利]一种颗粒状铵离子交换材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，特别是涉及一种氨氮废水处理材料的制备。

背景技术

目前，国内外废水脱氮方法有许多。处理实用性较好的技术主要有：生物脱氮法；吹脱法、折点氯化法、离子交换法。生物脱氮在处理废水的过程中还存在仍具有污染的亚硝酸根、硝酸根和氨氮，限制了生物脱氮的应用范围。吹脱法最大的缺点是氨只是发生了转移，由水中的污染转为大气的污染，并只适用氨氮浓度高的废水处理。折点氯化法脱氨氮率高，但液氨安全使用和存储要求高。离子交换法具有适应性强、受温度影响不大和受入水氨浓度的变化的影响甚微等优势。离子交换法中典型通用的方法是用沸石做脱氮材料，该法成本低、设备小、对氨氮有较好的选择性，但是其除氨效果不理想且再生费用高，目前已转向其它更加易得和易再生的粘土材料的研究。

高岭土作为一种我国储量大并且廉价易得的粘土材料，其颗粒细微具有很大的残缺表面，层间结合力较弱，并且存在着层间结构的不饱和填充扭曲。同时高岭土的孔径和酸性具有可调变性，这些特点提供了应用物理或化学的处理方法改变其结构的可能性，使它在离子交换方面有着广阔的发展前景。

CN1824386A公开了一种铵离子筛的制备方法，其铵离子交换容量优选为大于65.2mgNH₄⁺-N/g，但因其为粉末状，不适合工业开发利用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种颗粒状铵离子交换材料的制备方法。

本发明的第二个目的是提供一种颗粒状铵离子交换材料。

本发明的技术方案概述如下：

一种颗粒状铵离子交换材料的制备方法，包括如下步骤：

a.按质量比为（1-3）:3:（1-3）:5的比例将高岭土、氢氧化钠、偏铝酸钠及蒸馏水混合搅拌均匀，得到混合液；

b.水浴加热混合液到80-100℃，保温3-5小时，冷却到15-25℃，固液分离，弃去液体，固体加蒸馏水浸泡洗涤，洗涤至pH值为7-8；

c.将洗涤后的固体以升温速率为2-3℃/min升温至550-700℃保温0.5-3.5h进行热处理，降温至室温，研磨、过300目筛，得粉体；

d.按质量比为（5-9）：1：1：1的比例将粉体、高岭土、硅酸钠和碳酸氢钠混合均匀后加入混合物质量0.2-0.24倍蒸馏水，搅拌均匀成软材料；

e.将所述软材料制成粒径为0.5-1.5mm的颗粒；

f.将颗粒以升温速率8-15℃/min，升温至400-800℃保温0.5-3.5h进行热处理，以降温速率为1-5℃/min降至室温，得颗粒状铵离子交换材料。

所述步骤a优选为：按质量比为2:3:2:5的比例将高岭土、氢氧化钠、偏铝酸钠及蒸馏水混合搅拌均匀，得到混合液。

所述步骤b优选为：水浴加热混合液到90℃，保温4小时，冷却到20℃，固液分离，弃去液体，固体加蒸馏水浸泡洗涤，洗涤至pH值为7-8。

所述步骤c优选为：将洗涤后的固体以升温速率为2-3℃/min升温至600℃保温2.5h进行热处理，降温至室温，研磨、过300目筛，得粉体。

所述步骤d优选为：按质量比为7：1：1：1的比例将粉体、高岭土、硅酸钠和碳酸氢钠混合均匀后加入混合物质量0.22倍蒸馏水，搅拌均匀成软材料。

所述步骤f优选为：将颗粒以升温速率10℃/min，升温至600℃保温2h进行热处理，以降温速率为3℃/min降至室温，得颗粒状铵离子交换材料。

上述方法制备的铵离子交换材料。

本发明制备的颗粒状铵离子交换材料的铵离子交换容量大于75mgNH₄⁺-N/g，较以往材料的铵离子交换容量有了大幅度的提高，可用于水处理过程中氨氮的脱除。通过实验室静态氨氮脱除实验，利用公式：氨氮去除率（%）=（原溶液铵离子浓度-平衡后溶液铵离子浓度）/原溶液铵离子浓度×100%，本发明的铵离子交换材料对浓度在100mg/L下的氨氮废水的氨氮去除率可达90%以上。本发明的铵离子交换材料的原料廉价易得，制备方法简单易行，适用于大规模工业生产，具有较高的经济效益。

附图说明

图1是实施例1中原料高岭土的100000倍的SEM照片；

图2是实施例1制备的颗粒状铵离子交换材料100000倍的SEM照片；

图3是实施例1中原料高岭土的能谱图；

图4是实施例1制备的颗粒状铵离子交换材料的能谱图；