[发明专利]一种用于氨氮废水处理的凹凸棒石改性黏土的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境化学及水处理工程领域，涉及一类氨氮废水吸附材料的制备方法。

背景技术

氨氮是引起水体富营养化和污染环境的一种重要污染物质，目前，常用的氨氮废水处理方法有吹脱法、沸石吸附法、膜分离技术、化学沉淀法、化学氧化法、生物脱氮法等。目前我国处理高浓度氨氮废水的主要方法为吹脱法，它是将氨态氮在碱性条件下转化为游离氨，然后通过鼓如空气（或蒸汽）使游离氨脱离水相达到脱除氨氮的目的。吹脱法的局限性在于，当氨氮浓度低于500 mg/L 时，氨氮吹脱率显著下降，如果继续增加吹脱塔数量，则能耗及运行成本成倍增加。

对于中低浓度的氨氮废水，微生物脱氮法脱氮效率受到硝化细菌生长繁殖受到温度及环境等因素的影响很大，并且其占地面积及前期的资本投入很高。化学沉淀法的连续投药费用及长期运行成本较高，处理不当还可能出现二次污染问题。

沸石是一种廉价的天然矿物，利用它对氨的吸附属性处理氨氮废水是国内近些年提出的一种方法。但缺点是天然沸石的氨分子交换容量小，因此交换吸附设备的运行效率较低。

凹凸棒石黏土对氨分子也具有较高的吸附容量，但黏土遇水时易于粘结成团，无法作为吸附塔的填料。

发明内容

本发明的目的是通过对凹凸棒石黏土进行化学改性，获得对氨分子具备较强吸附能力的廉价材料，用以处理低浓度的氨氮废水。

 本发明的技术特点在于，通过对天然的纤维质废弃物及凹凸棒石黏土的改性工艺，可以得到在氨氮废水中具备足够通透性及强度的氨氮吸附材料。材料在改性过程中形成的活性炭可增强其对氨的吸附效能。此外，所用原料在来源及成本方面也具备优势。

 本发明所涉及的一种用于氨氮废水处理的凹凸棒石改性黏土的制备方法，其制备过程是按如下步骤实施的：

      1）凹凸棒石黏土的化学改性

      将凹凸棒石黏土研磨后过200～2000目筛。然后将其倒入到装有浓度为1～4 mol/L的酸的反应器中，加入量以完全浸没为度，搅拌1～12 h。取出反应物并离心分离及水洗至中性。然后将离心黏土与浓度为0.05～2.0 mol/L的Cu²⁺溶液混合，搅拌反应1～3小时。其中，所用的酸可以是硫酸、硝酸、盐酸及磷酸等，Cu²⁺溶液可以选择氯化铜，硫酸铜等可溶性铜盐配制。

2）掺填料的化学改性

      将粉碎至细度为20～500目的掺填料与质量百分比浓度为15～85%的磷酸溶液按重量比1：（1.0～3.0）搅拌混合均匀，于50℃～100℃下浸泡0.5～10小时后过滤。将滤出物水洗至pH为中性为止。其中，所用的掺填料可以选择稻壳、小麦壳、木屑、纸屑，玉米芯等。

3）改性黏土的制备

      将改性黏土与改性掺填料二者投入到混合器中，其中，掺填料的比重为10 wt%～40wt%（占总质量），在1000～3500 rad/min的下快速搅拌10～60分钟，取出，并转入焙烧炉中，在300℃～600℃下密闭焙烧1～4小时后即为产品。

具体实施方式

下面通过实例对本发明作进一步的说明，但本发明要求的范围并不局限于下述实施实例表示的范围。

实施实例1  凹凸棒石改性黏土的制备

        称取500g凹凸棒石黏土，过200目筛。然后将其倒入装有500ml浓度为3 mol/L的盐酸反应器中，搅拌反应4 小时后取出，离心分离并将酸化黏土用水洗涤至中性，备用。

在反应器中，将酸处理过的黏土100 g与500mL浓度为0.5 mol/L的CuSO₄溶液混合，慢速搅拌反应4小时后过滤分离，固体滤出物备用。

粉碎后的木屑过80目筛，称取50g于容器中，然后加入150g质量百分比浓度为45%的磷酸溶液，于80℃下浸泡3个小时，取出酸化木屑并过滤后备用。

将上述化学改性黏土50g与改性木屑30g加入到混合器中，在2000 rad/min下搅拌30分钟后取出并转入到焙烧炉，在400℃下密闭焙烧3个小时即得到产品。

实施实例2  模拟氨氮废水的处理

        将制备得到的凹凸棒石改性黏土产品填入到带有上下出入口的玻璃质滤柱中，压实后形成吸附床。将模拟氨氮废水（氨氮含量约为500mg/L）调节pH为10后用导管缓慢地流入入吸附柱中，控制出水流量为5～20 ml/min。出水稳定后测定出水口氨氮浓度，平均出水的氨氮含量小于7 mg/L，达到国家工业生产污水的排放标准。