[发明专利]一种天然沸石吸附微球及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种天然沸石吸附微球及其制备方法和应用。本发明的一种天然沸石吸附微球，包括微球和包覆在所述微球表面的聚乙烯醇膜，所述微球由天然沸石、钠化膨润土、水玻璃和水混合制得。本发明的一种天然沸石吸附微球的制备方法，包括如下步骤：S1：将天然沸石与钠化膨润土均匀混合后添加水玻璃和水制成微球，将微球干燥陈化；S2：干燥陈化后的微球用聚乙烯醇溶液浸渍，然后干燥，得到天然沸石吸附微球。本发明提供的天然沸石吸附微球具有良好的氨氮吸附性能和水环境稳定性，对水体中的氨氮去除效率能够达到85～95％且吸附效果稳定，在水中稳定存在的时间为10天以上，同时在pH＝3～7范围内均具备良好的吸附性能。

技术领域

本发明涉及吸附材料技术领域，尤其涉及一种天然沸石吸附微球及其制备方法和应用。

背景技术

垃圾渗滤液是由地表水和雨水浸泡了垃圾填埋场和垃圾处理站后形成的一种高浓度氨氮废液，若不经处理直接排放到水域中或长时间静置挥发后会对水体和气体环境造成危害。高浓度(0.5mmol/L)氨氮会刺激浮游生物对水环境造成严重影响。而且，氨及其盐对人类、鱼类和甲壳类有毒害作用，当鱼类的血液中积累过多的氨时会导致其死亡，这威胁着全球的生态系统和渔业的发展。因此，有效处理垃圾渗滤液是亟需解决的关键问题。

目前处理氨氮废液的主要方式有吸附法、催化法和生物法，其中催化法与生物法具有高效、快速且催化材料/微生物可重复利用的特点，但也存在催化剂/微生物价格昂贵，易产生新的化学物质，降解产物难以重复利用的缺点，而且生物法还有明显受pH、温度等环境气候限制大的缺陷。相比之下，吸附法具有不引入新的化学物质、选择性较高和吸附剂可重复利用等优点被广泛使用，但垃圾渗滤液产生废液量大、废液中有机无机污染物种类多，因此需开发一种经济、高效并可循环长期使用的高性能吸附材料。目前用于吸附脱除垃圾渗滤液中氨氮的吸附材料主要有生物质炭、粉煤灰、黏土和沸石等。其中生物质炭具有成本较高、制备方法较为复杂的缺点；粉煤灰则本身是一种污染物，在净化氨氮时也会对水体造成污染，黏土则是会在水环境中产生溶胀现象，膨胀后的黏土难以与水体完全分离，会对水体造成二次污染；相比之下沸石则具有来源广泛、成本低廉、吸附性能好、不宜膨胀且有一定疏水性的特点，可以用做垃圾渗滤液的氨氮脱除。

天然沸石是一种多孔的硅铝酸盐矿物，结构式为A_m[(AlO₂)_p(SiO₂)_q]·n(H₂O)(A为碱金属或碱土金属阳离子)，其结构是由硅氧四面体与铝氧四面体以顶氧相接所构成的一种空间网络架状结构，具有丰沛的孔道结构，从而具有大量的吸附结合位点和吸附结合能力，这意味着沸石基的吸附剂具有较高的吸附容量和选择性吸附能力。同时，沸石在我国的储量丰富，约有40亿吨，且沸石的储地也较为广泛，在我国的辽宁北票、河北灵寿、河南信阳、浙江缙云等地都有较大的储量，天然沸石的价格由150元/吨到800元/吨不等，是一种较为经济的材料，因此是一种理想的吸附剂。

利用天然沸石粉末吸附垃圾渗滤液中氨氮废液时，沸石粉末易形成泥沙难以从水体中分离重复利用等问题限制了粉体材料在吸附领域的广泛应用。因此，宏量地制备颗粒微球吸附剂用以解决粉末材料难以回收利用的关键问题。目前制备微球的方法主要有聚合法和粉末粘结成球法，聚合法需要用到较为昂贵的化学试剂，与天然的矿物相比，成本较高，因此用天然矿物的粉末粘接成球法是工业化制备微球的主要方法，但采用粉末粘结成球法时，由于各组分粉末间存在不均匀的界面，为了消除界面提高微球的稳定性，需要采取高温烧结的手段，因此在制备天然沸石基吸附球通常也需要高温煅烧来增强其稳定性能，如公开号为【CN104492404A】、【CN107096498A】、【CN103028370A】、【CN112108110A】等专利在制备吸附球的过程中均需高温(400～800℃)烧结步骤，一般情况下在高温煅烧会破坏沸石的晶体结构，降低沸石的氨氮去除率^[4]，而且会增加能耗，不符合国家的环保可持续发展战略。因此，开发一种环境稳定且可重复长期循环使用的高性能沸石吸附材料具有重要的实际意义。

发明内容