[发明专利]一种双金属抗风浪型锁磷材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种双金属抗风浪型锁磷材料，是由如下方法制备得到的：将粉末状的白云石凹凸棒粘土进行造粒后高温热处理得到半成品，然后将所述半成品浸入氯化镧和氯化铝的混合溶液中进行负载，之后于低温进行稳定化处理，清洗、干燥后即得所述双金属抗风浪型锁磷材料。该材料固磷容量大，具有显著的抗风浪能力，并能实现不同水环境pH值变化中的镧铝元素固磷功能转换，从而实现全面的固磷能力。该材料取材广泛、价格便宜、天然无毒且生态安全性较高，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于水污染治理技术领域，涉及一种双金属抗风浪型锁磷材料及其制备方法和应用。

背景技术

湖泊富营养化已经成为全球性的水环境问题。通过对138个大于10km²的湖泊调查发现，85.4%的湖泊处于富营养化状态，且有40.1％的湖泊处于重度富营养化状态。因此，亟待采取相应的措施对受污水体进行治理和修复，而控制湖泊中磷的浓度被认为是湖泊富营养化治理的关键。但相关研究表明，即使湖泊外源磷污染得到有效控制后，湖泊水体富营养化仍可持续几十年。归咎其原因，是湖泊中存在“内鬼”，即湖泊内源磷释放是导致湖泊富营养化得以持续的主要原因。因此，控制湖泊内源磷污染被认为是治理湖泊富营养化标本兼备的方法。

对于湖泊内源磷污染的传统控制方法主要有底泥疏浚、水生植物修复、水体曝气以及基于铁盐、铝盐以及钙盐的原位化学钝化等。比较而言，原位化学钝化是国际上用于湖泊内源磷控制使用较多的一种方式。其基于的原理是向底泥（沉积物）磷污染严重的区域投加铝盐（硫酸铝、氯化铝）、铁盐以及钙盐等化学物质，底泥磷通过与铝、铁以及钙形成稳定磷结合态以达到底泥内源磷控制的目的。与铁盐相比，铝盐由于不受氧化还原电位的影响，而较多的应用在湖泊底泥磷控制中。然而，虽然铝盐在湖泊内源磷控制取得了较好的效果，但是其也存在巨大争议。原因是铝盐的使用对水体的pH值具有较高的要求。在碱性低的湖泊中（pH5.5），Al(OH)₃絮凝物会溶解成Al³⁺，继而对水体鱼类和底栖动物产生毒性。在碱性湖泊中（pH8），铝盐的固磷效率也会由于羟基的竞争而降低。此外，由于底泥再悬浮作用也会致使铝（Al³⁺）从钝化的底泥中释放出来，从而危害水体。

基于镧、铝、钙改性粘土对湖泊内源磷释放的原位钝化控制得到了越来越多的关注和应用。然而，天然粘土一般都具有对磷的吸附容量低、效果差，易受外界因素影响（如pH值）的缺点。因此必须对其进行必要的改性，但改性方法必须简单易行，这样则不会增加材料的成本。目前，出现了众多的以粘土为改性材料的湖泊内源磷钝化剂，如镧改性膨润土（英文名Phoslock®）、四氧化三铁或镁改性硅藻土等。其中以澳洲亚联邦科学与工业组织（Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO)）发明的Phoslock®应用最为广泛，在美国与欧洲的众多湖泊中应用表明，其可显著控制湖泊内源磷的释放，有效控制湖泊富营养化程度。这主要是由于镧会与底泥易活化态磷形成稳定的磷酸镧沉淀，该类型化合物容积度较低，不易溶解。然而，在高浓度的有机质干扰下，则会影响镧的固磷效率。另外，由于其制作成本较高（1.5~2万元/吨），致使每平方公里的湖泊治理费用高达数百万以上，这使得该产品在发展中国家推广受到了极大的限制。此外，由于Phoslock®在水溶液中可迅速溶解且呈悬浮状态，易悬浮，并不适宜于我国风浪扰动频繁的浅水富营养化湖泊中使用。

含钙的粘土矿物，如白云石凹凸棒已经被发现对磷具有一定的吸附效果，高温热处理能够显著提升其对磷的吸附效力，且热处理后材料孔道丰富，易于利用铝、铁等活性金属元素进行负载。颗粒态或者造粒的富钙凹凸棒粘土经过热处理后，质地坚硬，遇水不溶解，具有较强的抗风浪能力。但是由于固磷容量仍较低，无法对内源污染严重的底泥磷进行持久控制。

发明内容