[发明专利]一种高磷酸根吸附活性的大粒径氢氧化锆及其制备、使用方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于水体净化技术领域，具体涉及一种高磷酸根吸附活性的大粒径氢氧化锆及其制备方法。

背景技术

磷酸根离子(PO₄^3-)是化工生产中一种常见的阴离子，它的存在对生产和环境会带来巨大危害，尤其是在水体中会使水中藻类迅速繁殖，从而引发赤潮等。在日常生活中，如果人体血液中磷酸根离子含量过高，对人体的肝脏、心脏造成危害。

目前，工业上用于去除水体中磷的方法主要有化学沉淀法、生物法、电絮凝法以及吸附法等。其中化学沉淀应用比较广泛，通常加入磷酸根离子的絮凝剂后再加入石灰沉淀的方式达到除磷的效果，但是次磷酸根比较难去除；生物法除磷效率比较低，通常与化学沉淀法共同作用净化水体，但是增加了成本；通过电絮凝法的高电压低电流三级处理技术可以达到净化水体目的，但是能耗大。吸附法除磷不仅效率高，而且吸附材料经解吸附作用可以循环利用，例如张骏宝等在《改性处理膨润土处理含磷废水研究》的论文研究表明改性后的膨润土对于痕量磷离子溶液的具有96.78%去除率，但吸附容量只有0.096mmol/g。与其他除磷材料对比，氢氧化锆对于痕量磷离子溶液吸附处理则吸附容量和去除率可以达到0.7mmol/g和95%尤其是大粒径、高比表面积的氢氧化锆用作吸附剂应用在水体净化领域具有效率高、设备投入低、操作简单和易回收等优势；同时氢氧化锆还具有无毒、无害的特性，可以用来制备血液透析材料，调节血液中磷的含量，具有非常广阔的发展前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低廉可重复使用的高磷酸根吸附活性的大粒径氢氧化锆。本发明还提供该大粒径氢氧化锆的制备方法和使用方法。

为实现以上目的，本发明的技术方案如下：

一种高磷酸根吸附活性的大粒径氢氧化锆，其特征在于，比表面积300~700m²/g；孔容0.15~0.3cm³/g；孔径1.5~3.0nm；粒径5μm≤D₁₀≤15μm，20μm≤D₅₀≤30μm，40μm≤D₉₀≤90μm；每克氢氧化锆吸附磷酸根的物质的量不小于0.7mmol。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种高磷酸根吸附活性的大粒径氢氧化锆的制备方法，步骤包括：

一种高磷酸根吸附活性的大粒径氢氧化锆，它的制备步骤如下：

（1）、配制氢氧根浓度大于或等于0.5mol/L的碱溶液；

（2）、在15~95℃和搅拌的条件下加入锆盐溶液、浆料或固体，控制反应终点的pH在7~14，接着在60~120℃陈化2~36h，然后在60~100℃下抽滤获得滤渣；

（3）、将获得的滤渣加水打浆，其中滤渣与水按1:1~4（重量比）混合，再在搅拌的条件下缓慢滴加浓度为0.5~9mol/L的弱酸，控制调酸终点pH在2~7，并使pH在2~7稳定20~120min，然后抽滤获得固体样品；

为了获得更好的技术效果，步骤（1）中所述碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钡溶液或氨水溶液中的一种或多种组合；步骤（2）中所述锆盐为碳酸锆、氧氯化锆、碱式硫酸锆、醋酸锆、异辛酸锆中的一种或多种组合；步骤（2）中所述滤渣使用50~100℃的水洗涤3~7次；步骤（3）中所述弱酸为醋酸、丙酸、乳酸、柠檬酸、苯甲酸、次氯酸中的一种或多种组合；步骤（3）中固体样品50~100℃的水洗涤3~7次；步骤（3）后，将固体样品放入50~120℃的烘箱中烘干，控制样品中的锆量（以ZrO₂形式计量）在55~80wt%。

本发明还提供该大粒径氢氧化锆的使用方法，其步骤包括：

（1）、将制备的氢氧化锆粉体与二氧化硅(SiO₂，粒径为100μm)微珠按照1:1~4质量比混合均匀，然后装入一个柱状的过滤装置；

（2）、配制浓度为2.60mmol/L磷酸二氢钠，以10~20ml/min恒定的速度从柱子的一端注入，另一端则可以得到净化后的水体，H₂PO₄^1-、HPO₄^2-、PO₄^3-离子的去除率的达到95%以上；以PO₄^3-计量，其吸附容量不小于0.7mmol/g，即每克氢氧化锆可以吸附的PO₄^3-离子物质的量不小于0.7mmol。