本發(fā)明涉及環(huán)境保護,具體地說,涉及一種fe-btc包覆鋁污泥基的除磷吸附劑及其制備方法。
背景技術(shù):
1、磷是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化最為關(guān)鍵的因素之一,含磷廢水的過度排放將持續(xù)擴大水體富營養(yǎng)化的速度和范圍并損害水生態(tài)系統(tǒng),因此除磷是解決水體富營養(yǎng)化問題的關(guān)鍵舉措。
2、目前主要有生物法、化學(xué)法和物理法。生物法和化學(xué)法技術(shù)方法成熟,但處理成本高、產(chǎn)生污泥量大,易造成二次污染。吸附法因其操作簡單、成本低,逐漸得到廣泛應(yīng)用。
3、鋁污泥是自來水廠凈水過程中的副產(chǎn)物,一座1.5萬m3的污水處理廠平均每天產(chǎn)生10噸鋁污泥,鋁污泥產(chǎn)量巨大且處理成本昂貴,而由于鋁污泥內(nèi)部豐富的水合鋁氧化物對陰離子良好的吸附能力,使其成為水處理吸附領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿Φ馁Y源。
4、在應(yīng)用過程中原生鋁污泥又存在吸附量低的問題,因此需要對原生鋁污泥進行一定的改性處理,以增加其吸附容量?,F(xiàn)有技術(shù)如熱處理、酸活化、制備鋁污泥水凝膠微球等方法,一定程度上調(diào)節(jié)了材料形貌、電子結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì),改善了吸附性能,使得吸附量有所提升,但仍制備的材料不穩(wěn)定且金屬溶出率較高,吸附效果仍不理想。
5、因此,需要進一步研發(fā)如何對鋁污泥進行改性,提升綜合利用效果。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)問題,提供了一種fe-btc包覆鋁污泥基的除磷吸附劑,具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和吸附效率。
2、本發(fā)明的另一目的在于提供一種fe-btc包覆鋁污泥基的除磷吸附劑的制備方法。
3、本發(fā)明的再一目的在于提供一種fe-btc包覆鋁污泥基的除磷吸附劑用于處理水資源中水體富養(yǎng)化問題的應(yīng)用。
4、為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供一種fe-btc包覆鋁污泥基的除磷吸附劑,其采用如下步驟制成:
5、1)先將未經(jīng)任何處理的原始鋁污泥進行熱處理,冷卻至室溫后得到熱處理鋁污泥;
6、2)然后將所述熱處理鋁污泥與無機酸溶液進行酸活化處理,處理后洗滌至中性,干燥得熱處理酸活化鋁污泥基材料;
7、3)將有機配體與無機堿溶液混合均勻,作為溶液1備用;
8、4)將fecl3·6h2o與步驟2)中所得的熱處理酸活化鋁污泥基材料在水中混合均勻,作為溶液2備用;
9、5)在室溫下將步驟4)所制的溶液2逐滴加入步驟3)所制的溶液1中,并持續(xù)攪拌,收集沉淀物,洗滌、干燥得除磷吸附劑。
10、其中,步驟1)中熱處理的溫度為300~800℃,熱處理時間為0.5~4h。
11、步驟2)中所述熱處理鋁污泥與無機酸溶液所用量的重量體積比為1:1~6(g/ml)。
12、所述無機酸溶液為鹽酸溶液或硫酸溶液,所述鹽酸溶液的濃度為0.5~6mol/l,所述硫酸溶液的濃度為0.5~3mol/l。
13、所述酸化處理在常溫常壓下進行,可采用300~500rpm攪拌2~4h。
14、所述洗滌可采用去離子水進行。
15、步驟3)中所述有機配體與無機堿溶液的摩爾比為1:2~4。
16、所述有機配體為均苯三甲酸、對苯二甲酸、間苯二甲酸或聯(lián)苯二甲酸;所述無機堿溶液可以為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液等。
17、步驟4)中所述fecl3·6h2o與熱處理酸活化鋁污泥基材料的重量比為1:0.2~1。
18、步驟5)中溶液1和溶液2的用量以有機配體與fecl3·6h2o的摩爾比為1:1~2進行配比。
19、所述洗滌采用水和無水乙醇進行處理,優(yōu)選采用分別用水和無水乙醇交替清洗三次??梢杂行コ捶磻?yīng)的前驅(qū)體原料。
20、所述持續(xù)攪拌速度為300~500rpm,攪拌時間為1~24h。
21、本發(fā)明還提供了一種fe-btc包覆鋁污泥基的除磷吸附劑的制備方法,包括以下步驟:
22、1)先將未經(jīng)任何處理的原始鋁污泥進行熱處理,冷卻至室溫后得到熱處理鋁污泥;
23、2)然后將所述熱處理鋁污泥與無機酸溶液進行酸活化處理,處理后洗滌至中性,干燥得熱處理酸活化鋁污泥基材料;
24、3)將有機配體與無機堿溶液混合均勻,作為溶液1備用;
25、4)將fecl3·6h2o與步驟2)中所得的熱處理酸活化鋁污泥基材料在水中混合均勻,作為溶液2備用;
26、5)在室溫下將步驟4)所制的溶液2逐滴加入步驟3)所制的溶液1中,并持續(xù)攪拌,收集沉淀物,洗滌、干燥得除磷吸附劑。
27、優(yōu)選地,所述步驟1中熱處理的溫度為300~800℃,熱處理時間為0.5~4h。
28、步驟2)中所述熱處理鋁污泥與無機酸溶液所用量的重量體積比為1:1~6(g/ml)。
29、所述無機酸溶液為鹽酸溶液或硫酸溶液,所述鹽酸溶液的濃度為0.5~6mol/l,所述硫酸溶液的濃度為0.5~3mol/l。
30、所述酸化處理在常溫常壓下進行,可采用300~500rpm攪拌2~4h。
31、所述洗滌可采用去離子水進行。
32、步驟3)中所述有機配體與無機堿溶液的摩爾比為1:2~4。
33、所述有機配體為均苯三甲酸、對苯二甲酸、間苯二甲酸或聯(lián)苯二甲酸,優(yōu)選為均苯三甲酸;所述無機堿溶液可以為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液等。
34、步驟4)中所述fecl3·6h2o與熱處理酸活化鋁污泥基材料的重量比為1:0.2~1。
35、步驟5)中溶液1和溶液2的用量以有機配體與fecl3·6h2o的摩爾比為1:1~2進行配比。
36、所述洗滌采用水和無水乙醇進行處理,優(yōu)選采用分別用水和無水乙醇交替清洗三次??梢杂行コ捶磻?yīng)的前驅(qū)體原料。
37、所述持續(xù)攪拌速度為300~500rpm,攪拌時間為1~24h。
38、本發(fā)明的fe-btc包覆鋁污泥基的除磷吸附劑用于處理水資源中水體富養(yǎng)化問題的應(yīng)用。
39、本發(fā)明的fe-btc包覆鋁污泥基的除磷吸附劑通過采用鋁污泥進行熱處理和酸活化的基礎(chǔ)上,在其表面生成高孔隙率的fe-btc材料,本發(fā)明的除磷吸附劑不僅提高了吸附劑的比表面積和吸附位點,而且還增大了磷酸鹽吸附量。具有如下突出優(yōu)點及效果:
40、1、本發(fā)明通過熱處理和酸活化相結(jié)合的方式,對鋁污泥進行改性,有效提高了其比表面積和表面活性位點的數(shù)量,增強了對磷酸鹽的吸附能力。
41、2、本發(fā)明利用有機配體(優(yōu)選均苯三甲酸)和fecl3·6h2o在熱處理酸活化鋁污泥基材料表面生長fe-btc的多孔mofs材料,實現(xiàn)對鋁污泥材料的包覆,并進一步提高吸附劑的比表面積,優(yōu)化了復(fù)合吸附劑的結(jié)構(gòu),使其具備了更高的化學(xué)穩(wěn)定性和吸附效率。
42、3、此外,fe-btc可以在常溫常壓下使用鐵鹽和有機配體直接合成,無需特殊的合成條件以及進一步的后處理,制備過程操作簡便,條件溫和,無需使用復(fù)雜設(shè)備,具有較低的成本,適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。
43、4、本發(fā)明的除磷吸附劑在多次使用后仍能保持較高的吸附效果,且金屬溶出率較低,避免了二次污染問題,表現(xiàn)出良好的環(huán)境友好性和可持續(xù)性。
44、5、本發(fā)明所提出的方法充分利用了自來水廠副產(chǎn)物鋁污泥,既實現(xiàn)了廢物資源化利用,又為水體富營養(yǎng)化問題的解決提供了新思路,實現(xiàn)了“以廢治廢,變廢為寶”的策略,具有廣闊的應(yīng)用前景。