[发明专利]一种铁改性磷石膏的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种铁改性磷石膏的制备方法及其应用，属于重金属废水处理领域。该方法是对磷石膏进行铁改性，即磷石膏在Fe(Ⅲ)溶液中发生部分溶解再结晶‑共沉淀，形成以磷石膏与铁(氢)氧化物互相裹挟生长结构为特征的铁改性磷石膏吸附剂。该吸附剂表面丰富的铁羟基与Pb(Ⅱ)之间发生络合反应，显著提升了低浓度铅的去除率，尤其是铁/钙摩尔比为0.25～0.5制备的铁改性磷石膏，在铅浓度≤150mg/L的含铅废水中，去除率提升到97％以上。此外，制备的改性磷石膏提高了磷石膏对锑的吸附能力，尤其是铁/钙摩尔比≥0.5制备的铁改性磷石膏，其去除率是未改性的磷石膏的2～3倍。能够同时对共存体系下的铅、锑进行吸附，达到较好的去除效果。

技术领域

本发明属于工业固体废弃物资源化利用与废水处理领域，具体涉及一种铁改性磷石膏的制备方法及其应用。

背景技术

磷石膏是湿法生产磷酸工艺过程中产生的一般工业固体废弃物，其主要成分为CaSO₄·2H₂O。随着我国磷肥工业的发展，磷石膏的产生量急剧增加，然而其占用土地及污染环境等问题仍然没有得到妥善解决，因此磷石膏的资源化利用迫在眉睫。

含铅Pb(Ⅱ)废水的处理一直是废水处理领域的难题之一，常见的去除方法包括化学沉淀法、吸附法、膜分离以及生物修复法等，其中吸附法具有成本低、易操作等优点，是比较有发展前景的一种方法。磷石膏是价廉易得的除铅吸附剂，它可以高效净化高浓度的含铅废水(Mousa S M,Ammar N S,Ibrahim H A.Removal of lead ions usinghydroxyapatite nano-material prepared from phosphogypsum waste[J].Journal ofSaudi Chemical Society,2016,20(3):357-365.)。然而，磷石膏对铅的去除主要是基于离子交换生成PbSO₄沉淀，由于沉淀的动态平衡，当铅浓度较低时其化学平衡的推动力较小，导致去除效果一般。因此，需要对磷石膏进行改性。

中国发明专利CN104437389A提供了一种处理含铅废水吸附剂的制备方法，该方法将磷石膏洗涤后按每小时5～10℃的升温速率升至160℃后保温14～18h，上述预处理后采用十二烷基苯磺酸钠对磷石膏进行改性，再进行超声处理得到吸附剂，该吸附剂可用于铅离子浓度为40～60mg/L的废水，最佳理论条件下吸附材料对铅的吸附量为42.8mg/g。杨灿等人(杨灿，黄生谋.改性磷石膏对Pb(Ⅱ)的吸附性能研究[J].湖北文理学院学报，2021,42(2)：21-27.)利用铁锰(铝)氧化物、铁氧化物包覆法对磷石膏进行改性，提高磷石膏对铅的去除效果，铅离子浓度为20～100mg/L时，三种改性磷石膏对Pb(Ⅱ)的吸附量逐渐增加，但吸附率逐渐减少，铁锰氧化物改性的磷石膏吸附量最大，为36mg/g左右。上述两种改性方法操作比较复杂，适用范围和吸附量越来越难以满足实际的需求。

此外，锑对人体健康和环境安全有着很大的影响，由于锑资源的大规模开采以及含锑材料的不当处理处置导致锑污染日益严重。我国是锑资源储备量和开采量最大的国家，因此我们面临更为严峻的锑污染问题。目前大部分高效除锑的吸附剂制备较为复杂，成本较高(杨昆仑,周家盛,吕丹,等.铁基复合材料的制备及其对水中锑的去除[J].化学进展,2017,29(11):1407-1421.)