[发明专利]颗粒吸附剂及其制备方法和在吸附氨氮中的应用

说明书

技术领域

本发明属于吸附材料合成及应用领域，更加具体地说，涉及一种由不同粘土矿物合成的去除废水中氨氮的颗粒吸附剂及其制作方法。

背景技术

近年来，随着工业的快速发展，稀土、化工、钢铁等行业产生了大量的高浓度氨氮废水，若不经处理直接排放，氨氮的氧化会导致水体中溶解氧浓度降低，引起河水水质发黑发臭，水质严重变差。同时，水中氮素含量过高会造成藻类急剧增加，引起水体的富营养化。在有利的环境条件下，氨氮会进一步转化成亚硝酸盐氮、硝酸盐氮，饮用硝酸盐污染的水会对人体健康造成严重的危害，硝酸盐在人体内可被微生物还原为有毒的亚硝酸盐，亚硝酸盐可将血红蛋白中的二价铁转化为三价铁，使红血球变性，血红蛋白不再具有携氧能力，导致人体出现窒息现象。婴儿胃内酸度低于成年人，有利于硝酸盐还原菌的生长，所以婴儿对硝酸盐的潜在毒性比成年人更为敏感，使得婴儿易患高铁血红蛋白症。我国自1998年1月1日起实行的《GB8978-2002污水综合排放标准》一级标准规定氨氮不得超过15mg/L，二级标准规定氨氮不得超过25mg/L(医药原材料、染料、石油化工企业不得超过50mg/L)。

目前对含氨氮废水的处理技术，主要有物理化学和生物处理技术两大类。物理化学技术包括折点加氯法、化学沉淀法、离子交换法、吹脱法、反渗透法等，这些方法通常运行条件严格，由于需要大量化学药剂或者能源而造成成本较高。微生物法去除氨氮包括硝化、反硝化两个过程，常见的生物脱氮技术主要有活性污泥法和生物膜法，虽然成本较低，但是微生物的抗高冲击负荷能力较差，不适于高浓度氨氮废水的处理。吸附法吸附废水中的氨氮安全可靠且成本较低，目前常见的吸附剂主要有膨润土、沸石、碳纳米管、粉煤灰、活性炭等。这些吸附剂通常颗粒细小、比表面大、吸附能力强，具有较高的离子交换性能。在现有的研究及应用中，沸石、活性炭等吸附剂通常有粉末状、颗粒状等多种形态，但膨润土等土壤吸附剂多为粉末状。粉末状吸附剂难于固液分离、不易沉降，而颗粒状吸附剂处理工艺比较简单、消耗动力少，易于重复利用。由于天然吸附剂在应用中存在其局限性，已有许多针对上述吸附剂进行优化的研究，例如，在土壤吸附剂的颗粒化研究中，已有研究以钠基膨润土为原料，掺入适量淀粉、煤粉或污泥后经加水搅匀、挤压、烘干、高温焙烧、冷却后制得多孔膨润土颗粒。但是，目前多数吸附剂成分较为单一，其改性技术可能对环境造成污染，且通常是针对较低浓度氨氮废水进行处理，对高浓度氨氮废水中的氨氮吸附效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种颗粒吸附剂及其制备方法，来源广泛、成本低廉、针对高浓度氨氮废水中的氨氮吸附性能优良、无需后续处理、对环境不造成二次污染。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

颗粒吸附剂，按照重量份数由以下组分组成：骨架材料3—5份、粘结剂3—4份、致孔剂1—3份、功能性物质1—2份，其中：

所述骨架材料为鹿沼土或者赤玉土，或者鹿沼土和赤玉土以1:1质量比混合均匀的混合物；

所述粘结剂为膨润土、天然沸石粉或蒙脱土；

所述致孔剂为玉米淀粉、可溶性淀粉、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或尿素；

所述功能性物质为氯化钠、硫酸钠或者硝酸钠。

在上述技术方案中，各组分的重量份数优选如下：骨架材料3.5—5份、粘结剂3—3.5份、致孔剂1—2.5份、功能性物质1—1.5份。

在上述技术方案中，各组分的粒径要求为：骨架材料为80—105μm；粘结剂为50—100μm；致孔剂为10-40μm；功能性物质为100-200μm。

上述颗粒吸附剂的制备方法，按照下述步骤进行：

按照所述质量份数和粒径要求称取骨架材料、粘结剂、致孔剂和功能性物质，混合均匀后，向其中加入去离子水调制成糊状后成型，待成型干燥后在400-800℃下烧结，烧结时间为1—2h。

在上述技术方案中，成型为状、片状或者颗粒状，以球状颗粒为宜，颗粒直径保持在2–3mm。

在上述技术方案中，选择干燥温度为90—110℃干燥20—24h。

在上述技术方案中，烧结温度为550—600℃，烧结时间为1.5—2h。

上述颗粒吸附剂在吸附氨氮中的应用，利用本发明的颗粒吸附剂对水体中氨氮进行吸附，氨氮吸附作用原理为离子交换：