本發(fā)明涉及一種高效去除水體中磷的新型吸附材料，屬于環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域。

(二)

背景技術(shù)：

水體富營養(yǎng)化已成為人類面臨的重要水資源問題之一。目前，世界范圍內(nèi)大約有30％～40％的湖泊、水庫存在不同程度的富營養(yǎng)化水平。我國湖泊的富營養(yǎng)化問題則更加嚴峻，在面積大于1km²的2300多個湖泊中已超過56％的湖泊處于富營養(yǎng)化狀態(tài)或正受到富營養(yǎng)化的威脅。而世界上超過80％的富營養(yǎng)化湖泊屬于磷限制型，我國大多數(shù)湖泊的富營養(yǎng)化進程也受到磷營養(yǎng)鹽的控制。因此，水體中磷的控制和去除成為治理水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

水體富營養(yǎng)化治理措施主要包括外源污染控制和內(nèi)源污染控制兩個方面。吸附法作為一種高效去除水體中磷的方法已經(jīng)得到了廣泛研究。常用的磷去除材料包括粘土礦物、沸石、工業(yè)廢渣、生物炭等。但是，傳統(tǒng)的吸附劑存在以下不足之處：天然材料盡管其吸附性能優(yōu)良但其成本較高、再生困難；而工農(nóng)業(yè)廢渣盡管其原料易得、價格低廉，但其吸附效果較差。因此，人工合成經(jīng)濟有效的新型吸附劑受到了世界各國研究人員的密切關(guān)注。

由于稀土元素鑭具有較強的磷固定能力、廣泛的pH應(yīng)用范圍、價格較其他稀土元素低廉等優(yōu)點，鑭改性除磷吸附劑已成為該領(lǐng)域研究的熱點和重點。目前已出現(xiàn)多種鑭改性吸附劑，如鑭改性膨潤土鑭改性蛭石、鑭改性MCM-41、鑭鋁改性蒙脫石、鑭鋁改性沸石等，用于富營養(yǎng)化水體中磷去除的研究。其中已經(jīng)在歐洲、美國、新西蘭、澳大利亞等富營養(yǎng)化水體大面積推廣應(yīng)用。盡管在國外市場上占有一定的份額，但由于在國內(nèi)市場價格較高，且磷吸附量相對較低，限制了其在我國富營養(yǎng)化水體中的推廣應(yīng)用。而其他已報道的鑭改性除磷吸附劑也僅局限于室內(nèi)實驗階段，在國內(nèi)市場上并未進行投放使用。目前，國內(nèi)市場并未出現(xiàn)可長期有效治理水體富營養(yǎng)化的鑭改性吸附劑，極大的阻礙了我國富營養(yǎng)化水體相關(guān)治理工作的開展。

(二)

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：選取價格低廉、應(yīng)用廣泛的磷去除原材料，通過共沉淀方法生產(chǎn)制備出一種高效的除磷吸附劑。該除磷吸附劑生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)工藝簡單，磷去除效率高，生態(tài)安全風(fēng)險性低，可高效去除水體中不同種類的磷，有效減緩水體富營養(yǎng)化進程。

一種高效去除水體中磷的新型吸附材料，其特征在于：以粉狀產(chǎn)品的干基計，各成分的含量按重量比為氫氧化鑭4％-30％，氫氧化鋁65％-95％，鋁酸鑭1％-5％，其分子結(jié)構(gòu)中第一配位層鑭氧配位數(shù)為6.0-8.0，為一種配位不飽和結(jié)構(gòu)，含有氧空位。

一種高效去除水體中磷的新型吸附材料，其特征在于制備步驟如下：

(1)按鑭與鋁的摩爾比為1:5-40溶解一定量的鑭化合物與鋁化合物；

(2)將沉淀劑加入步驟(1)中，保持體系溫度為50～90℃，并不斷攪拌；

(3)當溶液pH為8-11后停止攪拌，保持體系溫度為50～90℃繼續(xù)加熱2-10小時，將固體沉淀物洗滌、冷凍干燥或烘干、研磨，得到的固體粉狀產(chǎn)品即為新型磷吸附劑。

一種高效去除水體中磷的新型吸附材料，其特征在于：所述鑭化合物為氯化鑭或硝酸鑭中的一種或兩種。

一種高效去除水體中磷的新型吸附材料，其特征在于：所述鋁化合物為氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁或明礬中的一種或多種。

一種高效去除水體中磷的新型吸附材料，其特征在于：所述沉淀劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨或尿素中的一種或多種。

本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案為：以粉狀產(chǎn)品的干基計，各成分的含量按重量比為氫氧化鑭18％，氫氧化鋁77％，鋁酸鑭5％。

本發(fā)明的效果：

本發(fā)明采用簡單的制備方法，生產(chǎn)出價格低廉效果較好的除磷吸附劑。該除磷吸附劑通過靜電引力、配位體交換和吸附劑表面氧空位作用，對水體中不同種類的磷化合物均具有較高的去除效果。pH適用范圍廣，生態(tài)安全性高，儲藏、運輸、使用方便，磷固定效果持久，經(jīng)濟效益顯著。

(四)附圖說明

圖1為一種高效去除水體中磷的新型吸附材料的掃描電鏡照片

圖2為一種高效去除水體中磷的新型吸附材料的XRD衍射圖

圖3為一種高效去除水體中磷的新型吸附材料的La L_III-edge EXAFS圖譜

(五)具體實施方式

實施例1：

稱取4g氯化鑭和13g氯化鋁至1L錐形瓶中(1)；加入200mL去離子水，60℃水浴條件下攪拌10min，使其完全溶解(2)；加入2mol L^-1的氫氧化鈉溶液至pH為9時停止加入(3)；保持體系溫度為60℃繼續(xù)加熱10小時(4)；用約1L去離子水洗滌產(chǎn)物3至4次，離心去除上清液，冷凍干燥(5)；研磨得到除磷吸附劑粉狀產(chǎn)品(6)。其中，氫氧化鑭含量占產(chǎn)品干基重18％，氫氧化鋁含量占產(chǎn)品干基重77％；鋁酸鑭占產(chǎn)品干基重5％；pH適用范圍為4-10。

所得粉劑中：含La％＝13％；含Al％＝27％。

實施例2：

稱取4g氯化鑭和20g氯化鋁至1L錐形瓶中(1)；其余制備過程重復(fù)實施例1中步驟(2)～(6)。其中，氫氧化鑭含量占產(chǎn)品干基重14％，氫氧化鋁含量占產(chǎn)品干基重85％；鋁酸鑭占產(chǎn)品干基重1％；pH適用范圍為4-10。

所得粉劑中：含La％＝10％；含Al％＝29％。

實施例3：

稱取4g氯化鑭和27g氯化鋁至1L錐形瓶中(1)；其余制備過程重復(fù)實施例1中步驟(2)～(6)。其中，氫氧化鑭含量占產(chǎn)品干基重11％，氫氧化鋁含量占產(chǎn)品干基重86％；鋁酸鑭占產(chǎn)品干基重3％；pH適用范圍為4-10。

所得粉劑中：含La％＝8％；含Al％＝30％。

實施例4：

稱取4g氯化鑭和33g氯化鋁至1L錐形瓶中(1)；其余制備過程重復(fù)實施例1中步驟(2)～(6)。其中，氫氧化鑭含量占產(chǎn)品干基重8％，氫氧化鋁含量占產(chǎn)品干基重91％；鋁酸鑭占產(chǎn)品干基重1％；pH適用范圍為4-10。

所得粉劑中：含La％＝6％；含Al％＝31％。

實施例5：

稱取4g氯化鑭和40g氯化鋁至1L錐形瓶中(1)；其余制備過程重復(fù)實施例1中步驟(2)～(6)。其中，氫氧化鑭含量占產(chǎn)品干基重7％，氫氧化鋁含量占產(chǎn)品干基重92％；鋁酸鑭占產(chǎn)品干基重1％；pH適用范圍為4-10。

所得粉劑中：含La％＝5％；含Al％＝32％。

應(yīng)用實施例1：

配置一系列磷初始濃度為10、20、30、40、50、60mg P L^-1的磷酸二氫鉀溶液40mL，并分別加入0.04g上述實施例1中除磷吸附劑(固體濃度為1.0g L^-1)。在25℃下170rpm振蕩24h后過濾，測定溶液中磷酸鹽的去除率。

磷初始濃度在10、20、30、40、50、60mg P L^-1下，除磷吸附劑對磷酸鹽的去除率分別為97％、98％、96％、98％、95％、95％。

應(yīng)用實施例2：

配置一系列磷初始濃度為10、20、30、40、50、60mg P L^-1的焦磷酸鈉溶液40mL，并分別加入0.04g上述實施例1中除磷吸附劑(固體濃度為1.0g L^-1)。在25℃下170rpm振蕩24h后過濾，測定溶液中焦磷酸根的去除率。

磷初始濃度在10、20、30、40、50、60mg P L^-1下，除磷吸附劑對焦磷酸根的去除率分別為100％、92％、69％、55％、43％、36％。

應(yīng)用實施例3：

配置一系列磷初始濃度為10、20、30、40、50、60mg P L^-1的植酸鈉溶液40mL，并分別加入0.04g上述實施例1中除磷吸附劑(固體濃度為1.0g L^-1)。在25℃下170rpm振蕩24h后過濾，測定溶液中植酸的去除率。

磷初始濃度在10、20、30、40、50、60mg P L^-1下，除磷吸附劑對植酸的去除率分別為99％、99％、99％、98％、91％、77％。

應(yīng)用實施例4：

配置一系列磷初始濃度為10、20、30、40、50、60mg P L^-1的磷酸二氫鉀溶液40mL，并分別加入0.04g上述實施例3中除磷吸附劑(固體濃度為1.0g L^-1)。在25℃下170rpm振蕩24h后過濾，測定溶液中磷酸鹽的去除率。

磷初始濃度在10、20、30、40、50、60mg P L^-1下，除磷吸附劑對磷酸鹽的去除率分別為90％、92％、92％、92％、90％、91％。

應(yīng)用實施例5：

配置一系列磷初始濃度為10、20、30、40、50、60mg P L^-1的磷酸二氫鉀溶液40mL，并分別加入0.04g上述實施例5中除磷吸附劑(固體濃度為1.0g L^-1)。在25℃下170rpm振蕩24h后過濾，測定溶液中磷酸鹽的去除率。

磷初始濃度在10、20、30、40、50、60mg P L^-1下，除磷吸附劑對磷酸鹽的去除率分別為92％、90％、89％、86％、81％、77％。