[发明专利]一种氢氧化镧改性羟基磷灰石材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种氢氧化镧改性羟基磷灰石材料及其制备方法与应用，制备方法包括以下步骤：将氯化镧或氧化镧溶解在酸性溶液中，加入羟基磷灰石，采用碱溶液调节混合溶液的pH至碱性，然后把搅拌后的混合溶液放入超声器超声一定时间，之后置于搅拌器上继续搅拌一定时间，然后密封老化，过滤，干燥所得滤渣，经高温焙烧后即得本发明的材料。其粒径大小可控、具有比表面积大、颗粒孔径大、负载均匀的特点，运用于废水中的磷酸根的去除、去除率达到97.5％以上，可实现高效高负荷除磷目的。

技术领域

本发明属于废水处理领域，涉及一种吸附剂材料及其去除废水中磷酸盐的方法，尤其涉及一种氢氧化镧改性羟基磷灰石材料及其制备方法与应用。

背景技术

磷是城市污水中主要的污染物之一，磷是导致水体富营养化的重要原因，磷废水直接排放将导致严重的水体污染。2012年，环保部通报的2011年中国环境状况表明，国湖泊富营养化问题突出，在监测的湖泊中，达到富营养化状态的湖泊占到了53.8%。水体富营养化会导致水体水味腥臭难闻、降低水体透明度、消耗水体溶解氧、影响供水水质以及释放有毒物质。水体富营养化的机理到目前为稀土还不是很明确，但是过量的营养物质进入水体是导致水体富营养化的主要原因之一。城市污水中通常包含了大量的营养物质，如氮、磷，一旦这些营养物质大量进入水体，往往会导致严重的富营养化。据报道，80%的湖泊、水库富营养化的限制因素是磷，约10%的湖泊、水库富营养化和氮有关，其他10%的湖泊、水库富营养化和其他因素有关。通过对藻类的经验分子式进行分析，发现磷元素是水体富营养化的主要限制性因素。

近年来，我国对污水中含磷化合物的排放提出了新标准。我国相继发布了《污水综合排放标准》（GB8978-1996）和《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002），都规定了磷酸盐的排放浓度。现行的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）明确规定，2006年以后建设的污水处理厂总磷排放标准为≤0.5mg/L（以P计）。因此，严格的排放标准对除磷技术提出了更高的要求。

目前，国内外除磷的方法主要有化学法除磷（包括金属盐混凝法，石灰混凝法和结晶法）、生物法除磷、化学和生物法结合除磷、吸附法除磷和膜技术除磷。其中生物除磷法具有成本低、环境友好等优点。但该法处理效果不稳定，极易受水的温度和酸碱度的影响，对水中有机物浓度的依赖性很强，而且只适用于处理磷浓度很小的污水中。结晶法具有运行成本低、易于控制等优点，但也极易受外界温度、酸碱度和有机物含量的影响，而且结晶除磷法维护费用较高、易堵塞反应塔等都是在实际规模化应用过程中遇到的难题。与传统的除磷法相比，吸附法具有以下优点：不产生化学污泥，吸附范围广，吸附速率快，高效低耗，磷资源可回收利用等。基于这些优点，在实际除磷中吸附法已经被广泛的应用和发展，尤其在应用于深度除磷过程中，表现出了很好的吸附性能。

综上所述，各种除磷方法，吸附法最简便快捷，对环境的污染小、效果好，因此选择吸附法除磷。在各种吸附材料中稀土金属镧本身对磷的吸附性能就很高、稳定性好、抗干扰能力强、不会产生二次污染，具有很高亲磷性，但稀土金属元素地球的相对含量少、开发难度大、价格比较昂贵，然而羟基磷灰石的存量大、来源广、便宜易得。以及镧与其他日常生活中廉价易得的材料进行改性后，能使原材料吸附磷酸根离子的性能大大提高。羟基磷灰石多应用在除氟领域，目前已有大量相关文献报道，而很少应用于除磷方向。中国专利CN201110325471.6公开了羟基磷灰石改性鸡蛋壳去除和回收水中磷酸盐的方法，包括调整溶液pH为3~10，向所述磷酸盐溶液投加1g/L以上的材料，使所述羟基磷灰石改性鸡蛋壳头加入磷酸盐溶液在20~60℃、转速50~500 rpm情况下，吸附30 min以上，达到快速除磷的效果。但除磷过程中，材料的投加量比较大，吸附容量小，对磷酸根的去除率及吸附效率较低。

另外，稀土金属元素负载在羟基磷灰石也未曾见到报道。因此将稀土金属镧改性羟基磷灰石应用于对磷的吸附，为磷酸根离子吸附材料开辟了新的方向。

一种好的除磷材料应满足如下要求：

1）除磷材料应具有较高的吸附除磷容量，以保证具有较长的运行周期；