[发明专利]一种氮磷同步吸附剂的制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于水污染治理技术领域，涉及一种氮或磷污染物吸附剂的制备方法及其应用，具体地说，涉及一种可以同步去除和吸附水体及底泥中的氮和磷的吸附剂的制备方法和应用。

背景技术

目前，我国湖泊富营养化问题已经成为主要的水环境问题。一些大型的湖泊如太湖、巢湖以及滇池均处于严重的富营养化状态，还有一些小型的湖泊、水库等封闭性的水体也处于严重的富营养化问题。富营养化问题引起的蓝藻水华严重威胁人类的饮水安全，给人们的生活带来极大的困扰。

一直以来，磷被认为是水体富营养化的主要限制性因子。因此，传统的控制湖泊富营养的观点认为只要控制水体中磷的浓度，即可有效治理水体富营养化的问题。然而，近年来随着人们研究的深入，结果发现在某些时期如春季，氮却成为了水体富营养化的限制因子，氮与磷可以在不同时期交替成为水体富营养化的限制因子。因此，控制水体中氮的浓度与控制水体中磷的浓度同样重要。

水体中氮的控制方法与磷的控制方法类似，包括化学法、生物法以及吸附法等方法，而吸附法由于其具备简单、高效等优点而被认为是非常有效的一种方法。现存的吸附剂大多是针对水体中磷或氮去除的专属吸附剂，而缺少氮与磷同步去除的吸附剂。实事上，不管是何种类型的污水，氮与磷的污染通常是并时并存的，而且氮的浓度往往也要高于磷的浓度。

粘土矿物因其具有储量丰富、比表面积大等特点已广泛应用于制备适合于各种类型的污染水体的吸附剂。而含钙的粘土矿物，如白云石或凹凸棒已经被发现对磷具有一定的吸附效果，且高温热处理能够显著提升其对磷的吸附效力。另有研究发现，粘土矿物如凹凸棒经过适当浓度的酸或盐类物质，如NaCl或MgCl₂改性处理后，可提高其对于磷和COD等污染物的去除效率。然而，粘土矿物改性后对磷虽然可具备一定的吸附能力，但对氮的吸附效果却较低。

发明内容

本发明针对目前现存的氮或磷吸附剂只是针对单一污染物种，而无法同时对氮磷污染物质进行同步去除的问题，提出一种制备氮磷同步吸附剂的方法，该方法利用白云石凹凸棒粘土为原料，对原矿进行综合改性，所制备的吸附剂能够对污染水体或底泥中的氮磷物质实现同步去除，且制备方法简单，成本低廉，可应用于控制生活或工业污水、富营养化水体以及污染底泥中氮磷的释放，有效控制和缓解水体富营养化程度。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种氮磷同步吸附剂的制备方法，其特征在于，将白云石凹凸棒粘土机械粉碎、过筛至粉末颗粒，置于钠盐与镁盐的混合水溶液中进行离子交换处理，再将所得产物加热改性，制得所述的氮磷同步吸附剂。

本发明采用白云石凹凸棒粘土为原料，首先通过离子交换得方法使原状白云石凹凸棒具有较大的阳离子交换量，再通过高温加热的方法使白云石凹凸棒中的钙得到活化，可显著增强其对氮的吸附能力，又使其具备对磷的较高的吸附能力，从而所制备的吸附剂同时对氮和磷具有较高的固定容量和吸附效率。

本发明中所采用的粘土矿物为白云石凹凸棒，其中凹凸棒质量含量为30～50％，白云石质量含量为10～30％。

本发明方法中，所述的白云石凹凸棒优选地粉碎至小于100目的粉末。

本发明方法中，所述的白云石凹凸棒粉末优选在105℃下恒温干燥至恒重。

本发明方法中，所述的钠盐与镁盐的混合水溶液优选NaCl和MgCl₂的混合水溶液，其中NaCl与MgCl₂的摩尔比为2：1。

白云石凹凸棒采用上述混合溶液进行离子交换处理时，处理时间至少为4小时。离子交换处理过程中可采用机械的方法，将混合溶液充分振荡。

本发明所述的方法中，经离子交换处理的产物加热改性，可于600～1000℃加热0.5～2小时，加热改性的最佳温度为800℃，时间为1-2小时。

本发明将白云石凹凸棒先后经无机盐与加热改性，制备成对氮和磷均有高效去除效率的吸附剂，并将其用于生活污水、工业废水以及富营养化水体中氮和磷的去除，还可用于控制湖泊、湿地等污染沉积物中氮与磷的释放。

本发明还涉及所述方法制得的氮磷同步吸附剂作为吸附剂同步去除氮和磷污染物的应用。

本发明所述的氮磷同步吸附剂，可应用于同步吸附去除污染水体中的氮和磷。

所述的氮磷同步吸附剂用于去除污染水体中的氮和磷，对于含有1～100mg/L氮以及含有0.1～100mg/L磷的混合污水，对于氮的去除率在60.4％～92.5％之间，对于磷的去除率90.3％～99.7％之间。