一种高效除磷吸附剂及其制备方法

1.本发明属于水体除磷技术领域，具体涉及一种高效除磷吸附剂及其制备方法。


背景技术：

2.磷是食物链和农业经济的重要组成部分，主要源于农业、工业和日常生活的含磷废物排放。农业生产过程中施用的磷肥大约50％会流失到河湖中导致水体富营养化，进而对人体健康和生态环境造成危害。解决河湖水体富营养化一直是环保领域巨大的挑战。
3.目前进行了大量研究来去除水体中的磷酸根离子，如离子交换法、结晶法、化学沉淀法、生物处理法和吸附法。离子交换法和化学沉淀法成本高昂、二次污染严重；结晶法和生物处理法操作困难，需要时间成本来维护，实际应用受限；相比之下，吸附法操作简单、成本低廉、对环境友好，是最有望用于解决河湖富营养化的方法。
4.各种吸附剂已用于从废水中去除和回收磷酸盐。如何进一步降低吸附剂生产成本、提高吸附剂吸附容量，制备高效除磷吸附剂是目前污水除磷技术的关键。在众多常见吸附剂中，铁(氢)氧化物和铝(氢)氧化物纳米颗粒由于其廉价、易于获得、对磷的吸附能力强、环境友好等特性，而显示出巨大的潜力。
5.活性氧化铝具有较大的比表面积、优异的孔隙结构和较好的稳定性，其较大的比表面积可以提供较多的活性位点以负载更多的其它金属或金属氧化物。多元金属吸附剂，通常表现出与其单一金属吸附剂明显不同的物理化学性质，可结合其单一组分的优点，具有更优异的吸附能力。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术缺点和不足，本发明目的在于提供一种更简便更高效的除磷吸附剂的制备方法，及其在吸附中的具体应用。
7.所述的高效除磷吸附剂的制备方法为：将薄水铝石500-700℃焙烧1-10h后得到活性氧化铝载体，然后滴加氯化铁溶液浸渍，使氯化铁均匀分散在活性氧化铝的孔道中；最后加热水解使得限域在氧化铝孔道内的氯化铁原位转化为无定型羟基氧化铁，即得到高效除磷吸附剂。
8.所述的薄水铝石由偏铝酸钠和硫酸铝制备得到。
9.所述的氯化铁溶液的浓度为2.75-11.00mol/l。
10.所述的氯化铁溶液中的铁和活性氧化铝载体中的铝的摩尔比为0.1-0.6。
11.所述水解的温度为80-110℃，时间为4-8h。
12.所述的活性氧化铝载体的比表面积为400-600m2/g，孔体积为3.0-4.0cm3/g。
13.所述的高效除磷吸附剂的比表面积为150-380m2/g，孔体积为0.18-1.90cm3/g。
14.所述的高效除磷吸附剂的使用方法为：将高效除磷吸附剂加入含磷废液中进行吸附除磷。所述高效除磷吸附剂的吸附容量为58.0-82.5mg/g。
15.本发明具有以下有益效果：
16.1、利用本发明制备的除磷吸附剂，原料成本低廉，制备方法简单，所制吸附剂具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构。随着氯化铁溶液浸渍量的增大，吸附剂对磷的去除量逐渐增大，活性氧化铝与铁氧化物协同作用，展现出卓越的吸附效果。
17.2、利用本发明制备的吸附剂去除水中高浓度磷酸盐，吸附速度快，吸附容量高，超过国内外文献报道的所有氧化铁和氧化铝材料的吸附容量，弥补了单一吸附剂的劣势。对于100ml磷浓度为100mg/l的废水，使用0.10g吸附剂吸附60min后通过钼酸铵分光光度法测得磷溶液浓度，吸附容量高达82.47mg/g，去除效率高达82.5％。
附图说明
18.图1是实施例1制备的高效除磷吸附剂的sem图。
19.图2是实施例1制得的高效除磷吸附剂的xrd图。
20.图3是本发明中使用的不同浓度磷标准溶液的浓度-吸光度标准工作曲线图。
具体实施方式
21.下面对本发明进行详细说明，以令本领域技术人员参照说明文字能够实施。
22.以下实施例和对比例中：
23.xrd参数由德国布鲁克公司，d8 advance多晶衍射仪测试而得；高分辨透射电镜图由日本电子株式会社jeol，高分辨透射电镜(jem 2100)测试而得。吸光度由日本岛津公司uv-260，紫外-可见分光光度计(uv)测试而得。
24.配制偏铝酸钠和硫酸铝溶液，采用专利cn 104692429 b的方法制得薄水铝石。
25.实施例1
26.将薄水铝石600℃焙烧2h制得活性氧化铝载体。所制的活性氧化铝的比表面积为493.7m2/g，孔体积为3.6cm3/g。配制2ml浓度为11.00mol/l的氯化铁溶液，滴加入2g的活性氧化铝进行浸渍，使氯化铁均匀分散在活性氧化铝的孔道中；最后100℃下水解5h制得除磷吸附剂。
27.称取0.1g上述制备的除磷吸附剂，加入到100ml磷浓度为100mg/l的待测液中，在室温下搅拌60min达到吸附平衡，然后进行过滤、稀释、显色、测试，根据标准曲线计算吸附后的磷溶液浓度。吸附后的磷溶液浓度为17.53mg/l，吸附容量为82.5mg/g，去除效率为82.47％。
28.实施例2
29.以实施例1中所制活性氧化铝为复合吸附剂的载体。配制1.8ml浓度为8.25mol/l的氯化铁溶液，滴加入2g的活性氧化铝进行浸渍，使氯化铁均匀分散在活性氧化铝的孔道中；最后100℃下水解5h制得除磷吸附剂。
30.称取0.1g上述制备的除磷吸附剂，加入到100ml磷浓度为100mg/l的待测液中，在室温下搅拌60min，然后进行过滤、稀释、显色、测试，根据标准曲线计算吸附后的磷溶液浓度。吸附后的磷溶液浓度为18.45mg/l，吸附容量为81.6mg/g，去除效率为81.6％。
31.实施例3
32.以实施例1中所制活性氧化铝为复合吸附剂的载体。配制1.6ml浓度为5.50mol/l的氯化铁溶液，滴加入2g的活性氧化铝进行浸渍，使氯化铁均匀分散在活性氧化铝的孔道
中；最后100℃下水解5h制得除磷吸附剂。
33.称取0.1g上述制备的除磷吸附剂，加入到100ml磷浓度为100mg/l的待测液中，在室温下搅拌120min，然后进行过滤、稀释、显色、测试，根据标准曲线计算吸附后的磷溶液浓度。吸附后的磷溶液浓度为29.9mg/l，吸附容量为70.1mg/g，去除效率为70.11％。
34.实施例4
35.以实施例1中所制活性氧化铝为复合吸附剂的载体。配制1.4ml浓度为2.75mol/l的氯化铁溶液，滴加入2g的活性氧化铝进行浸渍，使氯化铁均匀分散在活性氧化铝的孔道中；最后100℃下水解5h制得除磷吸附剂。
36.称取0.1g上述制备的除磷吸附剂，加入到100ml磷浓度为100mg/l的待测液中，在室温下搅拌120min，然后进行过滤、稀释、显色、测试，根据标准曲线计算吸附后的磷溶液浓度。吸附后的磷溶液浓度为41.0mg/l，吸附容量为59.0mg/g，去除效率为59.0％。
37.对比例1
38.以实施例1中所制活性氧化铝为单一组分吸附剂。
39.称取0.1g上述制备的除磷吸附剂，加入到100ml磷浓度为100mg/l的待测液中，在室温下搅拌300min，然后进行过滤、稀释、显色、测试，根据标准曲线计算吸附后的磷溶液浓度。吸附后的磷溶液浓度为42.25mg/l，吸附容量为57.8mg/g，去除效率为57.8％。

技术特征：
1.一种高效除磷吸附剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法的具体操作为：将薄水铝石500-700℃焙烧1-10h后得到活性氧化铝载体，然后滴加氯化铁溶液浸渍，使氯化铁均匀分散在活性氧化铝的孔道中；最后加热水解使得限域在氧化铝孔道内的氯化铁原位转化为无定型羟基氧化铁，即得到高效除磷吸附剂。2.根据权利要求1所述的高效除磷吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的薄水铝石由偏铝酸钠和硫酸铝制备得到。3.根据权利要求1所述的高效除磷吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的氯化铁溶液的浓度为2.75-11.00mol/l。4.根据权利要求1所述的高效除磷吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的氯化铁溶液中的铁和活性氧化铝载体中的铝的摩尔比为0.1-0.6。5.根据权利要求1所述的高效除磷吸附剂的制备方法，其特征在于，所述水解的温度为80-110℃，时间为4-8h。6.根据权利要求1所述的高效除磷吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的活性氧化铝载体的比表面积为400-600m2/g，孔体积为3.0-4.0cm3/g。7.根据权利要求1所述的高效除磷吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的高效除磷吸附剂的比表面积为150-380m2/g，孔体积为0.18-1.90cm3/g。8.根据权利要求1-7任一项所述方法制备得到的高效除磷吸附剂的使用方法为，其特征在于，将高效除磷吸附剂加入含磷废液中进行吸附除磷。9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，所述高效除磷吸附剂的吸附容量为58.0-82.5mg/g。

技术总结
本发明公开了一种高效除磷吸附剂及其制备方法。该方法是将薄水铝石500-700℃焙烧1-10h后得到活性氧化铝载体，然后滴加氯化铁溶液浸渍，使氯化铁均匀分散在活性氧化铝的孔道中；最后加热水解使得限域在氧化铝孔道内的氯化铁原位转化为无定型羟基氧化铁，即得到高效除磷吸附剂。本发明的除磷吸附剂的制备方法简单，原料廉价易于获得，对环境友好易工业化。利用本发明制备的除磷吸附剂去除水中磷酸盐，吸附速度快，吸附容量高。使用0.10g吸附剂对100mL磷浓度为100mg/L的水体进行吸附，仅吸附60min达到吸附平衡，且平衡吸附容量高达82.5mg/g。82.5mg/g。82.5mg/g。


技术研发人员：宋家庆 王浩然 陈帅奇 徐向宇
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/7/27