本發(fā)明屬于環(huán)境污染物吸附材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用膨潤(rùn)土制備水體除磷吸附劑的方法。

背景技術(shù)：

環(huán)境礦物材料的改性，是礦物材料深加工的主要方式之一，通過改性，可改變環(huán)境礦物材料的離子交換種類和可交換性，改變礦物結(jié)構(gòu)內(nèi)部空隙率和膨脹性，改善礦物的吸附性與其他各種物理化學(xué)性能。目前，對(duì)環(huán)境礦物材料的改性類型多種多樣，可分為物理改性、化學(xué)表面改性、納米環(huán)境礦物粉體表面改性，其中常用的有：酸改性、熱改性和有機(jī)/無機(jī)柱撐等。

天然礦物往往存在許多不足，因此在實(shí)際運(yùn)用中要對(duì)其進(jìn)行改性，以提高其對(duì)磷的吸附性能。如：作為膨潤(rùn)土中的主含礦物蒙脫石在水介質(zhì)中分散后，一部分在表面雙電層作用下開始分離，另一部分則因可交換性Ca²⁺、Mg²⁺的存在而成集合體團(tuán)聚態(tài)，所以未經(jīng)處理的膨潤(rùn)土處理廢水的效果欠佳，不能滿足使用需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種利用膨潤(rùn)土制備水體除磷吸附劑的方法，采用鹽酸處理天然膨潤(rùn)土材料，通過改變礦物特性提高其對(duì)磷污染水體的吸附凈化性能。

技術(shù)方案：為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種利用膨潤(rùn)土制備水體除磷吸附劑的方法，包括以下步驟：

1)天然膨潤(rùn)土的篩選：稱取不同膨潤(rùn)土礦物材料于離心管中，在20±1℃的恒溫條件下，加入含磷濃度模擬廢水；震蕩1-4h，靜置12-36h，離心分離上清液，測(cè)定磷的含量，根據(jù)濃度的變化，計(jì)算其吸附磷素的數(shù)量，篩選出磷吸附容量較高的膨潤(rùn)土；

2)酸改性膨潤(rùn)土的制備：向步驟1)篩選出的磷吸附容量較高的膨潤(rùn)土中加入鹽酸溶液，在60-80℃下恒溫?cái)嚢?-4h，冷卻后離心，用蒸餾水洗滌固體沉積物，洗滌至無Cl^-存在，制得的固體樣品于60-105℃烘干，過100目篩，得酸改性膨潤(rùn)土樣品，即為水體除磷吸附劑。

步驟1)中，稱取不同膨潤(rùn)土礦物材料0.5g于150mL離心管中。

步驟1)中，模擬廢水中磷濃度為50mg/L。

步驟1)中，180r/min震蕩1-4h，靜置12-36h，4 000r/min離心10min，分離上清液。

步驟2)中，鹽酸溶液的濃度為9％。

所述利用膨潤(rùn)土制備水體除磷吸附劑的方法制備獲得的水體除磷吸附劑。

所述水體除磷吸附劑在畜禽廢水磷吸附中的應(yīng)用。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的利用膨潤(rùn)土制備水體除磷吸附劑的方法，鹽酸改性明顯提高了膨潤(rùn)土對(duì)磷的吸附性能，隨著酸用量的增加，改性后膨潤(rùn)土對(duì)磷的吸附能力呈逐漸增加趨勢(shì)。當(dāng)鹽酸用量為9％時(shí)，酸改性膨潤(rùn)土對(duì)磷的吸附效果較為理想，對(duì)磷的吸附量分別為0.46mg/g，經(jīng)吸附后殘留溶液中磷濃度為10.9mg/L。

附圖說明

圖1是天然膨潤(rùn)土的磷吸附能力比較結(jié)果圖；

圖2是酸改性膨潤(rùn)土對(duì)磷的吸附容量的結(jié)果圖；

圖3是酸改性膨潤(rùn)土凈化水體后的殘留磷濃度的結(jié)果圖；

圖4是天然與酸改性膨潤(rùn)土對(duì)磷的等溫吸附線的結(jié)果圖；

圖5是天然與酸改性膨潤(rùn)土對(duì)磷的吸附動(dòng)力學(xué)曲線的結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1畜禽廢水磷吸附材料的制備

1)天然膨潤(rùn)土的篩選：供試膨潤(rùn)土有2種，分別來自江蘇南京(BN-1)和新疆奎屯(BN-2)。準(zhǔn)確稱取將2種不同膨潤(rùn)土礦物材料0.5g于150mL離心管中，在恒溫(20±1)℃條件下，加入50mL磷濃度為50mg/L的模擬廢水，180r/min震蕩1h，靜置24h，4 000r/min離心10min，分離上清液，測(cè)定磷的含量，根據(jù)濃度的變化，計(jì)算其吸附磷素的數(shù)量，篩選出磷吸附容量較高的膨潤(rùn)土作為下一步操作材料。結(jié)果如圖1所示，來自江蘇南京的天然膨潤(rùn)土(BN-1)明顯強(qiáng)于新疆奎屯(BN-2)，因此選定BN-1作為后續(xù)材料。

2)不同酸濃度改性膨潤(rùn)土的制備：取30g膨潤(rùn)土于圓底燒瓶中，分別加入250mL不同濃度(體積分?jǐn)?shù)為1％、3％、9％)的鹽酸溶液，在70℃下恒溫?cái)嚢?h，冷卻后離心，用蒸餾水洗滌固體沉積物，洗滌至無Cl^-存在(用AgNO₃溶液檢驗(yàn))，制得的固體樣品于105℃烘干，過100目篩，得酸改性膨潤(rùn)土樣品。

3)測(cè)定天然與酸改性膨潤(rùn)土的化學(xué)組成(質(zhì)量百分比)、礦物組分變化和比表面積變化(m²/g)。

表1天然與酸改性膨潤(rùn)土的數(shù)據(jù)對(duì)比

結(jié)果如表1所示，酸改性對(duì)膨潤(rùn)土的化學(xué)組成和礦物組分基本無影響，因而酸改性樣品對(duì)磷吸附量的提高，并非為鹽酸改變了環(huán)境礦物材料的化學(xué)組成所致。而酸化前后膨潤(rùn)土表面積的變化數(shù)據(jù)表明，9％的酸活化作用明顯提高了膨潤(rùn)土的表面積，以BET表面積進(jìn)行計(jì)算，膨潤(rùn)土提高了146％。因此，增加礦物表面積的方式是酸改性提高膨潤(rùn)土對(duì)磷的吸附性能的重要原因之一。同時(shí)，酸處理過程中還可以將碳酸鈣中的鈣離子釋放出來，從而提高了鈣離子的活性，易形成鈣磷沉淀，增加對(duì)磷的去除能力。

實(shí)施例2

準(zhǔn)確稱取酸改性樣品0.5g于150mL離心管中，加入25mL磷濃度為20mg/L的模擬廢水溶液。恒溫(20±1)℃條件下，200r/min震蕩24h，4 000r/min離心10min，分離上清液，待測(cè)磷的濃度。根據(jù)始末濃度的變化，計(jì)算其吸附磷素的數(shù)量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著酸用量的增加，改性后膨潤(rùn)土對(duì)磷的吸附能力呈逐漸增加趨勢(shì)(圖2)?？紤]到鹽酸的消耗成本與實(shí)際可操作性，本試驗(yàn)鹽酸的最高用量為9％(V/V)。當(dāng)酸用量為9％時(shí)，膨潤(rùn)土對(duì)磷的吸附量為0.46mg/g，經(jīng)吸附后殘留溶液中磷濃度為10.9mg/L(圖3)。9％酸改性后膨潤(rùn)土對(duì)磷的吸附性能最佳，吸附量較天然膨潤(rùn)土提高了1.5倍。

實(shí)施例3

準(zhǔn)確稱取9％酸改性后膨潤(rùn)土樣品及其天然樣品0.5g于150mL離心管中，加入50mL含磷濃度為0、3、6、10、30、50、80、100、120、140、160、180、200、400、600mg/L的模擬廢水溶液。恒溫(20±1)℃振蕩24h，其余步驟同實(shí)施例2，繪制磷素等溫吸附曲線。天然膨潤(rùn)土對(duì)磷的吸附隨著溶液中磷的濃度的增加，曲線斜率由大逐漸減小，最終達(dá)到平衡，顯示單分子層吸附的特征，可見，隨著膨潤(rùn)土對(duì)磷吸附量的增加，其對(duì)磷的吸附親合能力逐漸降低；而酸改性膨潤(rùn)土隨著磷濃度的增加，曲線斜率起先增加，之后逐漸平緩，后期開始緩慢增加并最終達(dá)到平衡，在達(dá)到平衡后再次增強(qiáng)，顯示出多分子層吸附特征。在磷初始濃度分別為600mg/L時(shí)，天然和酸改性膨潤(rùn)土對(duì)磷的飽和吸附量分別約為0.49mg/g和1.57mg/g，表明經(jīng)酸改性后膨潤(rùn)土對(duì)磷的飽和吸附量有較大程度的提高，提高了2.2倍(圖4)。

實(shí)施例4

準(zhǔn)確稱取9％酸改性后膨潤(rùn)土樣品及其天然樣品0.5g于150mL離心管中，加入50mL磷濃度為20mg/L的模擬廢水溶液。恒溫(20±1)℃條件下，200r/min分別震蕩0、20min、40min、1h、2h、4h、6h、8h、16h、24h，其余步驟同實(shí)施例2，繪制磷素吸附動(dòng)力曲線。天然與9％酸改性膨潤(rùn)土起始階段隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，對(duì)磷的吸附量隨之增加，但增加的速度逐漸降低，最后達(dá)到平衡。天然膨潤(rùn)土與酸改性膨潤(rùn)土反應(yīng)速率均較快，進(jìn)行到1h時(shí)已趨于平衡，吸附量分別為0.21mg/g和0.47mg/g(圖5)。