[发明专利]一种同步脱硝除磷的复合改性蒙脱石及其制备方法

说明书

本发明提供一种同步脱硝除磷的复合改性蒙脱石及其制备方法，属于污水处理材料技术领域。该复合改性蒙脱石以蒙脱石为基体材料，由FeCl₄^‑和1,4‑丁基‑双(十二烷基二甲基溴化铵)作为无机和有机改性剂改性制成，具体制备步骤如下：首先，蒙脱石经1,4‑丁基‑双(十二烷基二甲基溴化铵)与FeCl₄^‑异位改性；然后，抽滤所得样品经冷冻干燥，研磨过筛后得到FeCl₄^‑/双子季铵盐复合改性蒙脱石。该复合改性蒙脱石对硝酸根和正磷酸根的同步去除量分别可达33.38mg/g和86.90mg/g，并均在5分钟内迅速达到饱和去除。该复合改性蒙脱石合成方法简单，应用方式易行，对硝酸根和正磷酸根同步去除速率快、去除量大，特别适用于突发性氮磷污染水体的治理和城镇污水处理厂的前端处理。

技术领域

本发明涉及污水处理材料技术领域，特别是指一种同步脱硝除磷的复合改性蒙脱石及其制备方法，适用于硝酸盐和磷酸盐污染水体治理，特别适用于突发性氮磷污染水体的治理和城镇污水处理厂的前端处理。

背景技术

氮和磷是水体富营养化的主要元凶，浮游藻类等生物过量吸收后不仅泛滥成灾，而且抢占其他水生动植物所需的生存资源，严重破坏水生态环境系统。硝态氮是无机氮中的一种，已有研究证明长期饮用含高浓度硝态氮的水源会对人体产生一定致癌的危害。磷是限制藻类增殖的主要因素，通常在水体中以正磷酸根的形态存在。目前，大多数脱硝和除磷材料污染治理过于单一，如硝酸盐吸附树脂、锁磷剂等，难以实现硝酸盐和磷酸盐两种污染物同时去除。因此，开发一种能够快速应对、高效治理氮磷污染的同步脱硝除磷环境友好型材料对水环境污染治理具有十分重要的意义。

蒙脱石是一种由水合铝硅酸盐构成的粘土矿物，具有比表面积大、层间纳污空间大和阳离子交换容量高等特点，同时，其广泛存在于自然环境中，具有成本低廉易得，无副作用等优点。目前为止，环境应用型蒙脱石的改性方式主要集中在单一有机或无机改性，已有研究证明有机和无机改性剂可以同时或依次地负载在蒙脱石上，从而充分利用改性位点并加强材料的应用性。1,4-丁基-双(十二烷基二甲基溴化铵)是一种双子季铵盐表面活性剂，其正电头部(-R₄N⁺)不仅可以稳固负载在蒙脱石层间，而且对硝酸根有较强的吸引力。FeCl₄^-是一种易于合成的低水合能络合离子，当其脱离特定环境时会迅速解离为Fe³⁺和Cl^-，于中性体系下的Fe³⁺会水解生成Fe(OH)₃，并通过吸附、絮凝和共沉淀等作用共同去除污染物，对正磷酸根有较好的去除效果。蒙脱石经双子季铵盐有机改性后，游离吸附位点周围的电荷平衡离子只起到电荷中和作用，没有环境治理效应，FeCl₄^-与其进行有效交换正好可拟补此缺点，并充分发挥吸附位点的功能性，实现同步脱硝除磷。

为了进一步提高蒙脱石基材料的性能，并扩大其在水体污染治理中的应用范围和处理效能，将1,4-丁基-双(十二烷基二甲基溴化铵)和FeCl₄^-对蒙脱石进行有机无机复合改性，赋予其高效同步脱硝除磷的能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种同步脱硝除磷的复合改性蒙脱石及其制备方法，为同步高效治理水体氮磷污染提供一种新的技术手段。

该复合改性蒙脱石以蒙脱石为基体材料，采用1,4-丁基-双(十二烷基二甲基溴化铵)和FeCl₄^-复合改性得到。其中，1,4-丁基-双(十二烷基二甲基溴化铵)能够由1,4-丁基-双(十二烷基二甲基氯化铵)替代。

该复合改性蒙脱石对硝酸根和正磷酸根的同步去除量分别可达33.38mg/g和86.90mg/g，并均在5分钟内迅速达到饱和去除。

该复合改性蒙脱石的制备方法，包括步骤如下：