一種水體低濃度磷復(fù)合吸附劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于處理水體中低濃度正磷酸鹽的吸附劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在水體富營養(yǎng)化日益嚴重的當前，中國水環(huán)境中亟待解決的不是水資源型缺水而是水質(zhì)型缺水，如何控制水源水的富營養(yǎng)化盡快解決其帶來的一系列給水處理難題是水行業(yè)需要面臨的一個難題。
[0003]水環(huán)境中磷元素的超標排放是引起水體富營養(yǎng)化的重要原因之一，以往的磷處理首先針對水體中的磷元素，降低其濃度，但實際水體中的磷含量通常并不高，造成實際水體富營養(yǎng)化的主因多是底泥吸附的磷元素釋放?，F(xiàn)行有關(guān)水中磷的處理，不論是應(yīng)用混凝沉淀、吸附、離子交換或微生物除磷都面臨著低濃度磷控制的難題。譬如吸附應(yīng)用中吸附劑雖然種類繁多并且擁有較高飽和吸附量，但是針對低濃度磷的吸附往往達不到理想的去除率；吸附后的脫吸問題也可能引起磷再釋放的二次污染。并且吸附的過程中為保證與目標物充分接觸，大量吸附劑多為粉體納米結(jié)構(gòu)，雖然此種粉體納米結(jié)構(gòu)能夠提高吸附劑的飽和吸附量和吸附速率，但是其泄漏所致的二次污染問題必然受到人們的關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有針對處理水中磷的吸附劑對低濃度磷的去除率較低的問題，而提供一種水體低濃度磷復(fù)合吸附劑的制備方法。
[0005]本發(fā)明水體低濃度磷復(fù)合吸附劑的制備方法按下列步驟實現(xiàn):
[0006]一、將 La (NO3) 3.6H20 溶解至 DMF (二甲基甲酰胺)中，然后按 PAN 與 La (NO3) 3.6H20的質(zhì)量比為10:1?1:1加入PAN(聚丙烯腈)，加熱至50?100°C后反應(yīng)I?10h，得到5?12wt.% PAN含量的聚合物溶液；
[0007]二、對步驟一得到的聚合物溶液進行電紡絲，得到的電紡膜在鋁箔紙上進行收集，然后將電紡膜置于堿液中浸泡10?16h，取出電紡膜再使用去離子水清洗至中性后烘干，得到水體低濃度磷復(fù)合吸附劑。
[0008]本發(fā)明制備得到的水體低濃度磷復(fù)合吸附劑為La(OH)3納米線/聚丙烯腈(PAN)復(fù)合納米纖維，宏觀上為薄片狀結(jié)構(gòu)，微觀上是負載有單分散La (OH) 3納米棒的PAN納米纖維的多級結(jié)構(gòu)。
[0009]本發(fā)明單分散La(OH)3納米棒是磷吸附的核心材料，由于PAN納米纖維的固定作用，La(OH)3分散均勻且均為一維納米結(jié)構(gòu)，為磷的吸附提供了大量有效的吸附點位，并且LaPO4結(jié)合能力優(yōu)異，不會出現(xiàn)二次釋放問題。相比于其它磷吸附劑，該La (OH) 3納米線/聚丙烯腈(PAN)復(fù)合納米纖維在針對低濃度磷吸附的過程中充分展現(xiàn)了高效性和高去除率。同時由于PAN本身的特性，該吸附材料還具有良好的力學柔韌性，能夠抗沖擊水力負荷，而且能在廣泛的酸堿范圍內(nèi)穩(wěn)定使用，拓寬了吸附劑的應(yīng)用范圍，而且該復(fù)合吸附劑具有優(yōu)異的液-固分離特性，總之該La(OH)3納米線/聚丙烯腈(PAN)復(fù)合納米纖維吸附劑是一種兼具納米高效吸附能力和穩(wěn)定易分離能力的優(yōu)良低磷吸附劑。如在水體中磷(P)濃度為2mg/L時，按lg/L的投量投加本發(fā)明的La (OH)3納米線/聚丙烯腈復(fù)合納米纖維吸附劑，能使水體中磷的去除率達到98%以上。
【附圖說明】
[0010]圖1為實施例得到的水體低濃度磷復(fù)合吸附劑的宏觀形貌圖；
[0011]圖2為實施例得到的水體低濃度磷復(fù)合吸附劑的透射電鏡圖；
[0012]圖3為應(yīng)用實施例制備的水體低濃度磷復(fù)合吸附劑吸附低濃度磷(2mg/L)的吸附曲線圖；
[0013]圖4為應(yīng)用實施例制備的水體低濃度磷復(fù)合吸附劑在不同pH下磷(50mg/L)吸附曲線圖；
[0014]圖5為應(yīng)用實施例制備的水體低濃度磷復(fù)合吸附劑在不同競爭離子下磷吸附(50mg/L)柱狀統(tǒng)計圖，其中橫坐標是不同競爭離子態(tài)，縱坐標為不同離子下磷吸附的吸附容量。
【具體實施方式】
[0015]【具體實施方式】一:本實施方式水體低濃度磷復(fù)合吸附劑的制備方法按下列步驟實現(xiàn):
[0016]一、將 La (NO3) 3.6H20 溶解至 DMF (二甲基甲酰胺)中，然后按 PAN 與 La (NO3) 3.6H20的質(zhì)量比為10:1?1:1加入PAN(聚丙烯腈)，加熱至50?100°C后反應(yīng)I?10h，得到5?12wt.% PAN含量的聚合物溶液；
[0017]二、對步驟一得到的聚合物溶液進行電紡絲，得到的電紡膜在鋁箔紙上進行收集，然后將電紡膜置于堿液中浸泡10?16h，取出電紡膜再使用去離子水清洗至中性后烘干，得到水體低濃度磷復(fù)合吸附劑。
[0018]本實施方式水體低濃度磷復(fù)合吸附劑使用PAN和La (NO3) 3.6Η20為原料，DMF為溶劑，經(jīng)過電紡絲和原位堿性處理即得復(fù)合納米纖維。其中La(OH)3相比各種其它類型的磷酸鹽吸附材料，與磷酸鹽具有更良好的化學親和力；另一方面PAN具有良好的力學性能，保證La(OH)3納米棒穩(wěn)定分散同時，維持處理過程中大體量特征穩(wěn)定。吸附后的水質(zhì)中未檢出吸附劑的泄漏，避免了水體的二次污染。應(yīng)用簡單的方法即可將吸附后的吸附劑從水中分離出來。
[0019]本實施方式在配置聚合物紡絲溶液加熱的過程中，保證不與水相接觸，否則電紡溶質(zhì)會析出。
[0020]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是步驟一中按PAN與La(NO3)3.6Η20的質(zhì)量比為3:1?1:1加入PAN。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一相同。
[0021]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是步驟一得到5?8wt.% PAN含量的聚合物溶液。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一或二相同。
[0022]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是步驟二所述的堿液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或氨水。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0023]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是步驟二所述的堿液的濃度為lmol/L。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0024]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是步驟二調(diào)節(jié)紡絲電壓為10kv，濕度為20%以下，接受距離為25cm。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至五之一相同。
[0025]本實施方式在電紡的過程中需要控制濕度低于20%以下，否則電紡絲不易形成。
[0026]實施例:本實施例水體低濃度磷復(fù)合吸附劑的制備方法按下列步驟實現(xiàn):
[0027]一、將Ig的La(N03)3*6H20溶解至20gDMF(二甲基甲酰胺)中，然后按PAN與La(NO3)3.6H20的質(zhì)量比為1:1加入PAN (聚丙烯腈)，加熱至60°C后反應(yīng)3h，得到5wt.%PAN含量的聚合物溶液；
[0028]二、對步驟一得到的聚合物溶液進行電紡絲，調(diào)節(jié)紡絲電壓為10kv，濕度為15%，接受距離為25cm，得到的電紡膜在鋁箔紙上進行收集，然后將電紡膜置于氫氧化鉀溶液中浸泡12h，取出電紡膜再使用去離子水清洗至中性后烘干，得到水體低濃度磷復(fù)合吸附劑。
[0029]使用本實施例得到的La(OH)3納米線/PAN復(fù)合納米纖維進行實驗，模擬水體中的COD,TN和P濃度分別為100mg/L，10mg/L和2mg/L，稱取0.05g復(fù)合吸附劑La (OH) 3納米線/PAN復(fù)合納米纖維投入至50mL模擬水體中，保證吸附劑投量lg/L，經(jīng)過Ih吸附后，測定其吸附容量，磷吸附去除率。
[0030]在吸附20min后，模擬水體中磷的去除率達到98.92%,原水濃度降低至22.15 μ gP/L，充分降低了水體中磷酸鹽濃度，減少了水體富營養(yǎng)化的可能性。并且通過pH實驗和陰離子競爭離子吸附實驗說明，吸附劑在pH 3?9之間均有良好的吸附特性，并且，競爭離子(濃度為0.0 lmol/L)如F_，CF, S042_，CO32IP NO 3_對磷的吸附基本無影響，說明吸附劑具有良好的選擇性。根據(jù)PH和競爭離子吸附單因素實驗結(jié)果說明負載有La (OH) 3納米棒的PAN納米線是一種適用范圍較廣(PH 3?9)并且針對性強的環(huán)境友好吸附劑。
[0031]圖1的外觀形貌圖顯示此水體低濃度磷復(fù)合吸附劑具有片層結(jié)構(gòu)，保證了吸附后吸附劑易分離，而圖2的透射電鏡圖能夠看出該復(fù)合吸附劑中La(OH)3納米棒單分散于聚丙烯腈納米纖維上，保證了納米棒的吸附活性。圖3的動力學擬合曲線顯示復(fù)合吸附劑具有高效吸附的能力，最終磷去除率高達98.97%，起到預(yù)防水體富營養(yǎng)化的能力，保證了水體水質(zhì)。從圖4和圖5能夠看出在不同酸堿環(huán)境(pH 3?9)和存在競爭離子的環(huán)境中，此水體低濃度磷復(fù)合吸附劑均具有良好的吸附能力，說明其是一種穩(wěn)定性高，適應(yīng)性優(yōu)良，針對性突出的水體磷吸附劑材料。
【主權(quán)項】
1.一種水體低濃度磷復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于是按下列步驟實現(xiàn): 一、將La(NO3)3.6Η20溶解至DMF中，然后按PAN與La(NO3)3.6Η20的質(zhì)量比為10:1 ~1:1加入PAN，加熱至50?100°C后反應(yīng)I?10h，得到5?12wt.% PAN含量的聚合物溶液； 二、對步驟一得到的聚合物溶液進行電紡絲，得到的電紡膜在鋁箔紙上進行收集，然后將電紡膜置于堿液中浸泡10?16h，取出電紡膜再使用去離子水清洗至中性后烘干，得到水體低濃度磷復(fù)合吸附劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水體低濃度磷復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于步驟一中按PAN與La (NO3) 3.6H20的質(zhì)量比為3:1?1:1加入PAN。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水體低濃度磷復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于步驟一得到5?8wt.% PAN含量的聚合物溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水體低濃度磷復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于步驟二所述的堿液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或氨水。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水體低濃度磷復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于步驟二所述的堿液的濃度為lmol/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水體低濃度磷復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于步驟二調(diào)節(jié)紡絲電壓為10kv，濕度為20%以下，接受距離為25cm。
【專利摘要】一種水體低濃度磷復(fù)合吸附劑的制備方法，本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于處理水體中低濃度正磷酸鹽的吸附劑的制備方法。復(fù)合吸附劑的制備方法：將La(NO3)3·6H2O溶解至DMF中，然后加入聚丙烯腈，加熱至50～100℃后反應(yīng)1～10h，得到聚合物溶液；二、對步驟一得到的聚合物溶液進行電紡絲，清洗得到的電紡膜，得到水體低濃度磷復(fù)合吸附劑。本發(fā)明制備得到的復(fù)合吸附劑為La(OH)3納米線/聚丙烯腈復(fù)合納米纖維，單分散La(OH)3納米棒負載在PAN納米纖維上。本發(fā)明得到的復(fù)合納米纖維吸附劑能夠針對水體中低濃度磷進行有效吸附，使水中磷去除率達到98％以上。
【IPC分類】B01J20-26, C02F1-28, C02F1-58, B01J20-30, B01J20-28
【公開號】CN104624174
【申請?zhí)枴緾N201510043822
【發(fā)明人】王威, 何皎潔, 孫鳳蓮, 王俏, 邵鵬輝, 張欣桐, 馮惠, 崔福義
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月28日