本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，具體涉及一種氧緩釋、吸磷材料的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

黑臭水體污染現(xiàn)象是我國(guó)突出的水環(huán)境問題之一，水體溶解氧不足，氮、磷及有機(jī)污染物濃度過高是黑臭水體典型特征，也是水體黑臭發(fā)生重要驅(qū)動(dòng)因子。同時(shí)，一些養(yǎng)殖水體缺氧現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致養(yǎng)殖魚類死亡，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了有效遏制、治理水體黑臭，預(yù)防養(yǎng)殖水體缺氧，需要利用一些釋氧吸附材料對(duì)水體增氧，抑制底泥磷的釋放，降低水中磷的濃度。

目前，水體增氧常用方法有曝氣供氧和投加釋氧材料。其中曝氣供氧是通過曝氣裝置向水體鼓入空氣，空氣中的氧氣溶解于水，從而提高了水中溶解氧濃度。釋氧材料的投加是向水中投加能釋放氧氣的顆粒或粉末材料，例如過氧化鈣粉末，與水反應(yīng)釋放氧氣。

然而，采用曝氣供氧，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用及運(yùn)行成本較高，且不能達(dá)到去除水中磷的效果；而傳統(tǒng)釋氧材料釋氧速度快，持久性差，且過氧化鈣粉末釋氧反應(yīng)后對(duì)水質(zhì)酸堿度影響大，造成二次污染，同時(shí)，吸磷效果不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：提供一種效果好且對(duì)環(huán)境友好型的氧緩釋、吸磷材料的制備方法及其應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種氧緩釋、吸磷材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)將載鐵顆粒生物炭、過氧化鈣顆粒、硅酸鹽水泥、石英砂混合均勻后得混合料備用；

(2)在混合料中加水，攪拌混合水化反應(yīng)8-12min；

(3)將水化反應(yīng)后的物料進(jìn)行造粒、風(fēng)干后，密封保存?zhèn)溆茫?/p>

(4)工程應(yīng)用前，將風(fēng)干的顆粒用海藻酸鈣包埋后，取出立即使用。

優(yōu)選地，步驟(1)中的載鐵顆粒生物炭是以核桃殼顆粒為原料制備而成的，具體制備方法如下：將核桃殼顆粒置于fe³⁺濃度為0.5-1.0mol/l的浸漬液中浸漬12小時(shí)以上，然后將浸漬的核桃殼顆粒在480-520℃缺氧條件下炭化80-100min即可，得到的載鐵顆粒生物炭的顆粒粒徑為1-2mm；所述的過氧化鈣顆粒的粒徑為90-110目，純度為70-80％；所述的硅酸鹽水泥選用425硅酸鹽水泥；所述的石英砂的粒徑為1-2mm。

優(yōu)選地，步驟(1)中載鐵顆粒生物炭、過氧化鈣顆粒、硅酸鹽水泥、石英砂的質(zhì)量比為1：4：2：2。

優(yōu)選地，步驟(2)中混合料與水的質(zhì)量比為9：1。

優(yōu)選地，步驟(3)中造粒后的顆粒粒徑為1-2cm；風(fēng)干條件為：自然條件下風(fēng)干至少24h。

優(yōu)選地，步驟(4)中海藻酸鈣包埋的具體過程如下：將風(fēng)干的顆粒放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2～3％的海藻酸鈉溶液中5～10min后，取出立即使用。

進(jìn)一步地，一種氧緩釋、吸磷材料的應(yīng)用，能夠用作黑臭水體修復(fù)材料、水產(chǎn)養(yǎng)殖水域增氧、吸磷材料、復(fù)合生態(tài)浮床填料、生態(tài)濾床填料。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明制備氧緩釋、吸磷材料的方法簡(jiǎn)單易行，制備而成的氧緩釋、吸磷材料的釋氧持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，吸磷效果好，成本低，同時(shí)，避免了材料使用過程中對(duì)環(huán)境的影響。

附圖說明

圖1為上覆水中磷濃度變化情況圖；

圖2為上覆水中溶解氧濃度變化情況圖；

圖3為氧緩釋、吸磷材料釋氧特性效果圖。

具體實(shí)施例

實(shí)施例1

一種氧緩釋、吸磷材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)將載鐵顆粒生物炭、過氧化鈣顆粒、硅酸鹽水泥、石英砂混合均勻后得混合料備用；

優(yōu)選地，載鐵顆粒生物炭是以核桃殼顆粒為原料制備而成的，具體制備方法如下：將核桃殼顆粒置于fe³⁺濃度為0.5-1.0mol/l的浸漬液中浸漬12小時(shí)以上，然后將浸漬的核桃殼顆粒在480-520℃缺氧條件下炭化80-100min即可，得到的載鐵顆粒生物炭的顆粒粒徑為1-2mm；所述的過氧化鈣顆粒的粒徑為90-110目，純度為70-80％；所述的硅酸鹽水泥選用425硅酸鹽水泥；所述的石英砂的粒徑為1-2mm。

優(yōu)選地，載鐵顆粒生物炭、過氧化鈣顆粒、硅酸鹽水泥、石英砂的質(zhì)量比為1：4：2：2。

(2)在混合料中加水，攪拌混合水化反應(yīng)8-12min；

優(yōu)選地，混合料與水的質(zhì)量比為9：1。

(3)將水化反應(yīng)后的物料進(jìn)行造粒，造粒后的顆粒粒徑為1-2cm，然后在自然條件下風(fēng)干至少24h，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

(4)工程應(yīng)用前，將風(fēng)干的顆粒放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2～3％的海藻酸鈉溶液中5～10min后，取出立即使用。

實(shí)施例2

本發(fā)明的材料除磷效果的測(cè)試如下：

通過靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)測(cè)試，當(dāng)初始磷濃度為5mg/l、50mg/l時(shí)，溶液體積100ml，氧緩釋、吸磷材料重量分別為0.81g、0.85g、1.55g、1.62g時(shí)，4小時(shí)后平衡吸附容量如下表1、2。

表1各實(shí)例操作條件下的除磷效果

表2各實(shí)例操作條件下的除磷效果

從表1、2中可以看出：該材料對(duì)溶液中低濃度和高濃度的磷均具有較好的吸附效果。

實(shí)施例3

本發(fā)明的材料對(duì)模擬河流除磷、釋氧效果的測(cè)試如下：

在2組模擬反應(yīng)器中分別填裝10cm河流底泥，底泥上覆水深度為40cm，第1組(空白組)，充氮?dú)饷撗?0分鐘后立即封閉反應(yīng)器上口減少大氣覆氧影響，第2組(實(shí)驗(yàn)組)，充氮?dú)饷撗?0分鐘后，投加400g，覆蓋2cm厚的氧緩釋吸磷材料，封閉反應(yīng)器上口減少大氣覆氧的影響，在0、3、6、9、12、15、18、21、24、27天分別取樣測(cè)定模擬反應(yīng)器中上覆水總磷及上覆水中溶解氧濃度。結(jié)果如下圖1、圖2所示。

從圖1中可以看出：未投加氧緩釋、吸磷材料的反應(yīng)器因缺氧導(dǎo)致底泥磷的釋放而使上覆水中磷的濃度逐漸升高，而投加該材料，因氧氣釋放，好氧條件下，磷釋放受到抑制，且該材料對(duì)磷的吸附作用而使反應(yīng)器上覆水中磷的濃度呈下降趨勢(shì)。

從圖2中可以看出：未投加氧緩釋、吸磷材料的反應(yīng)器上覆水中溶解氧濃度趨近于零，而投加該材料，因氧氣持續(xù)緩慢釋放，前期溶解氧濃度快速升高達(dá)到飽和，后期溶解氧亦接近飽和。

實(shí)施例4

本發(fā)明的材料釋氧特性效果測(cè)試如下：

將本發(fā)明的材料投加到裝有一定體積清水的的燒杯中，如圖3所示，從圖3可以看出，本發(fā)明的材料釋放出的氧氣附著在材料表面，延長(zhǎng)了氣泡與水的接觸時(shí)間，從而提高了氧的轉(zhuǎn)移效率。而傳統(tǒng)粉末狀態(tài)的過氧化鈣釋氧材料在水中產(chǎn)生的氣泡立即上升至水面進(jìn)入大氣，與水接觸時(shí)間短，氧轉(zhuǎn)移效率低。