[发明专利]一种用于污水除磷的施氏矿物及其高效合成的方法

说明书

本发明提供了一种用于污水除磷的施氏矿物及其高效合成的方法，包括：通过少量添加碱性物质来调控、强化酸性矿山废水中溶解性铁的氧化和水解、成矿反应，大幅提升了施氏矿物的合成效率(一次成矿率90％)。克服了现有技术中施氏矿物的合成效率低、工艺流程长和成本高的缺陷。同时，本发明基于碱调控合成的施氏矿物对富磷污水中的磷可产生强烈的物理和化学吸附，矿相中的硫酸盐也可与磷酸盐发生交换，吸磷性能优异(吸附容量19.9mg/g)，是一种极具应用前景的污水吸磷/除磷新材料。

技术领域

本发明属于废水处理和资源回收技术领域，具体涉及一种用于污水除磷的施氏矿物及其高效合成的方法。

背景技术

磷是所有生物体不可或缺的重要营养元素，也是一种不可再生的非金属矿产资源。近年来，由于农业生产对磷肥需求的不断增加以及磷化工行业的快速发展，大量的磷素从环境过程中流失，其中约80％随污水排放。这不仅导致了水体富营养化问题的日趋严峻，也在很大程度上加剧了因磷矿藏短缺而造成的“磷危机”。因此，从富磷污水中去除或回收磷、实现其再生循环，对于防控“磷污染”和缓解“磷危机”具有重要的现实意义。

吸附法是一种经济有效、操作简单的从污水中去除与回收磷的技术途径，有很好的工程应用前景。目前，广泛使用的磷吸附材料主要有：改性的炭基材料、磁铁矿、双金属氢氧化物、离子交换树脂、分子筛等。许多研究表明，这些传统的吸附材料虽能取得较好的吸磷与除磷的效果，但其制备的方法、条件和工序大多比较严苛或较为复杂，导致了它们实际应用的处理成本较高。因此，亟需研发一种价廉易得、环境友好、高效的污水除磷新材料。

施氏矿物(羟基硫酸盐铁Fe₈O₈(OH)₆SO₄)是一种广泛存在于酸性矿山废水环境中的富含铁和硫酸盐的废弃物。近几年，施氏矿物作为一种新兴的环境修复材料被大量用于土壤重金属钝化和污染水体中有毒污染物的去除，表现出了良好的效果，特别是对于水中As(III)、Cr(VI)的高效吸附、以及作为异相芬顿的催化剂降解水中抗生素、多环芳烃、苯酚等有机污染物。鉴于施氏矿物所具有的独特的表面结构和组成特性，比如：巨大的比表面积、丰富的羟基位点密度，以及高浓度的Fe和SO₄等，我们推测，施氏矿物对水中磷酸盐可能也会有良好的吸附和交换去除性能，这就为发明一种基于“以废治污”理念的污水除磷新技术提供了可能。

从酸性矿山废水中获得大量的施氏矿物是实现上述污水除磷技术构想的前提。由于施氏矿物在酸性矿山废水中自然形成的过程较为缓慢，因此需要人为调控、强化来促使其快速的生成。目前已有的促进酸性矿山废水中施氏矿物合成的技术方案主要为：接种嗜酸铁氧化菌的生物合成法、添加双氧水的化学合成法。然而，从已有的研究实践来看，这两类方法常常面临以下技术瓶颈：矿物合成效率低(一次成矿率40％)、工艺流程长(要与零价铁的还原反应进行联合且需要多次的循环重复)、成本高昂(双氧水是危险化学品、添加量较大，有时还需高温高压辅助)。这些固有的缺陷极大的限制了施氏矿物作为一种有潜力的环境修复材料的大规模推广应用。因此，亟需研发一种利用酸性矿山废水高效合成施氏矿物的新方法。

发明内容

1、解决的技术问题

针对现有的污水吸附法除磷所面临的以下技术瓶颈：吸附材料制备的方法、条件和工序较为严苛和复杂、成本较高，本发明提供了一种价廉易得的高效除磷新材料—施氏矿物；进一步的，本发明还提供了一种以酸性矿山废水为原材料，高效合成施氏矿物的新方法，克服了现有的施氏矿物的合成效率低、工艺流程长、成本高的缺点。

2.技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种由酸性矿山废水高效合成施氏矿物的方法，包括：