[发明专利]一锅法制备多金属磁性除磷材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于环保材料制备领域，具体涉及一种一锅法制备多金属磁性除磷材料的制备方法。此材料具有较强的磷酸根离子吸附能力，针对于工厂含磷废水、养殖业含磷水体、湖泊水等有具有良好的处理效果，具有磁性便于回收。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高和工业生产的快速发展，大量含磷生活污水、工业废水排人江河湖泊中，增加了水体营养物质的负荷，从而引起水体中藻类与水生植物异常繁殖，即水体的富营养化。最近几年滇池、太湖、巢湖等湖泊频繁爆发大规模蓝藻水华，在社会上引发了广泛的影响。国家环保部门对此也提出了多项措施进行控制，比如采取洗涤剂禁磷、大规模新建城镇污水处理厂、提高污水排放标准等措施，旨在缓解严峻的恶劣形势。随之伴随的除磷材料研发显得尤为重要。

目前，污水除磷技术主要分为生物除磷和化学除磷两大类。与化学法除磷相比，尽管生物法具有无需投加药剂、运行费用省、污泥产量小的优点，但在实际运行过程中，生物除磷技术也存在着缺点，如对废水组分的过度依赖，稳定性和灵活性较差，污泥处理工艺中存在磷的释放造成二次污染，这导致了生物出水很难达到国家污水排放标准的要求（许可,苗亚宾,陈岗,ZY磁性快速除磷吸附剂在污水深度处理中的应用，全国城镇污水处理及污泥处理处置技术高级研讨会论文集295:299）。化学除磷的基本原理是通过投加化学药剂，形成不溶性磷酸盐沉淀物，然后通过固液分离从水体中去除。磷的化学沉淀分为4个步骤：沉淀反应、凝聚作用、絮凝作用、固液分离。可用于化学除磷的金属盐有三种：钙盐、铁盐和铝盐，最常用的是石灰、硫酸铝、铝酸钠、三氧化铁、硫酸铁、硫酸亚铁和氯化亚铁。但是此类处理方式成本过高，投加计量难以估算，处理后pH往往偏高（邱维,张智.城市污水化学除磷的探讨.重庆环境科学, 2002, 24(2): 81-84）。本发明采用化学沉淀法与化学吸附法相结合的方式，达到良好去除效果的同时，不会影响水体的性质，且处理成本低廉。

目前磁性材料除磷方面已经取得一定进展。公开号CN103816869A专利公开了一种磁性介孔二氧化钛/氧化石墨烯吸附材料的制备方法，是基于化学修饰的原理，采用水热法合成磁性介孔二氧化钛，然后在其表面覆盖一层氧化石墨烯，制备核壳结构的吸附材料，此复合材料应用于废水中重金属的分离富集和有机污染物的处理，该专利制备步骤复杂、使用了昂贵的石墨烯且用于废水中重金属的分离富集和有机废水的处理，没有在水体除磷方面应用。黄自力等人利用磁絮凝的方法，在Al₂ (SO₄ ) ₃、FeCl₃、CaCl₂与磷酸盐沉淀的同时加入磁种，在外加磁场的作用下将沉淀物与水体分离（黄自力,肖晶晶,李密.化学沉淀-磁絮凝深度快速除磷的研究.武汉科技大学学报,自然科学版. 2009, 32(1): 102-105）。与本发明专利不同的是此方法投加方式为可溶性金属盐的形式，即为絮凝沉淀，但在反应中不存在吸附过程。赵冰清等人以微米级以四氧化三铁粉末表面共沉淀的方法制备一系列磁性类水滑石磷吸附剂。（赵冰清,程翔,孙德智.磁性类水滑石吸附水中磷的研究.哈尔滨工业大学学报, 2009, 40(12): 1962-1964.）。此制备过程中采用分步投料，后续处理中采用溶剂置换和冷冻干燥方式得到产物，吸附磷容量为47.1 mg/g。本材料采用一锅法形式一次性投加原料得到产物，后续处理采用过滤、烘干煅烧的方式，吸附磷容量为220.07 mg/g远高于上述材料。Jibing Xiong等人回收利用磁性钢渣对水体中磷进行去除，可达到废物再利用的目的（Xiong J, He Z, Mahmood Q,et al. Phosphate removal from solution using steel slag through magnetic separation. Journal of hazardous materials.2008, 152(1): 211-215.），但与本发明组成显著不同，磁性钢渣吸附磷容量仅5.3mg/g，远低于本发明采用的多金属磁性配合物材料。

本发明材料为合成型材料。采用一锅法制备多金属磁性除磷材料，可充分利用每种金属离子相互螯合在一起的特点，金属离子以固体沉淀或螯合物的形式存在，与体系中的磷形成化学沉淀，最终达到高效除磷的目的。优越性表现在投加量极少，且处理效果优越。对于含磷量达10ppm的水体，投加量为0.1-0.15g/L时，磷去除率达90-95%，吸附磷容量高达220.07 mg /g。在制作过程中加入磁性材料，大大提升材料的吸附性能和便于回收性。