[发明专利]吸附材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及环保技术领域，具体是涉及一种利用核桃壳制备的吸附材料及其制备方法和应用，这种新型吸附材料可以用于水体处理，尤其是除磷处理。

背景技术

水体富营养化是一种氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象，是一种比较严重的水污染问题，一方面会影响水中生物种群的生长，另一面会影响环境的美观。为了遏制水体进一步富营养化，需要控制生活污水、工业废水及初期雨水等外源磷的流入及内源磷的释放，并利用具有吸附功效的材料对水体和湿地进行有效除磷处理。

目前，常用的除磷方法有化学除磷法和生物除磷法。其中化学除磷法是通过凝聚沉降或用化学药剂除磷，例如可以利用许多种阳离子的材料作为吸附和絮凝处理剂使水体中的磷有效地沉淀出来，被认为比较有效果的铁、铝和钙的聚合体或复合物，与水体中以磷酸盐形式存在的磷结合生成不溶性沉淀物而沉降下来。生物除磷法是通过水生生物吸收利用氮、磷元素进行代谢活动以去除水体中氮、磷营养物质的方法，水生植物净化水体是以大型水生植物为主体，通过植物和根区微生物共生，产生协同效应，净化污水，起到除磷的作用。

然而，采用化学法除磷由于需要大量的化学药剂，不仅处理成本高，而且化学药剂的使用还会造成二次污染的问题；而采用生物除磷法除磷，利用植物生长过程对水体达到净化，处理周期较长，而且对于情况差异较大的水域处理也难以保证效果。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种新型的吸附材料，利用具有多孔特征的核桃壳作为载体并负载铁离子后高温处理而成，原料来源广、成本低，而且除磷效果良好，用于水体处理，不会引入新污染源，可在各种水域环境中使用。

本发明还提供了所述吸附材料的制备方法，采用通常被废弃的核桃壳为载体，通过控制浸渍和热处理工艺而制成，操作简单易于控制，生产成本低。

本发明还提供了上述吸附材料在水体除磷处理中的应用，处理简单易操作且环保，应用范围广。

本发明提供一种吸附材料，是将核桃壳颗粒于铁离子溶液中浸渍和热处理制成的，制备方法包括如下过程：

将核桃壳颗粒置于Fe³⁺浓度为0.5mol/L～1.0mol/L的浸渍液中，1克核桃壳颗粒置于至少5毫升所述浸渍液中，浸渍时间至少12小时；

浸渍后的核桃壳颗粒于无氧环境下高温热处理1-2小时，热处理温度200-500℃。

核桃是一种种植广泛的经济作物，随着核桃种植和深加工产业的发展，会产生大量核桃壳。本发明就是利用被废弃的核桃壳具有的表面凹凸多孔结构特性，经负载铁离子和高温热处理炭化，成为铁氧化物负载型核桃壳生物炭颗粒材料，经水体试验显示，对于水体中磷源的吸附具有良好的效果。

根据本发明提供的吸附材料，作为载体的核桃壳颗粒在高温处理前需要在具有一定浓度的铁离子溶液（浸渍液）中浸渍，该浸渍液可以是任何铁盐溶液，只要提供所要求的铁离子浓度，例如，可以是铁的无机盐溶液，也可以是能够提供铁离子的复合铁盐溶液等，考虑到铁离子的水解特性，可以根据所选择的铁盐性质，调节浸渍液的pH范围来满足浸渍液中的铁离子浓度要求。本发明的一个具体方案中，所述浸渍液为氯化铁溶液，其pH为9.0-10.0。

本发明的实施方案，所述用于浸渍的核桃壳颗粒的粒径为1-2毫米，更利于吸附材料具有较大的比表面。

本发明还提供上述吸附材料的制备方法，包括以下过程：

将核桃壳颗粒置于Fe³⁺浓度为0.5mol/L～1.0mol/L的浸渍液中，1克核桃壳颗粒置于至少5毫升所述浸渍液中，浸渍时间至少12小时；

浸渍后的核桃壳颗粒于无氧环境下高温热处理1-2小时，热处理温度200-500℃，冷却。

一个具体方案中，先将核桃壳粉碎至粒径为1-2毫米的颗粒，再置于浸渍液中，利于铁离子的均匀和有效负载。

如前述的一个具体实施方案中，所述浸渍液为氯化铁溶液，并调节其pH为9.0-10.0。

本发明提供的制备方法，将核桃壳颗粒进行必要的除杂、清洗和干燥后置于一定浓度的浸渍液中，应使核桃壳颗粒全部浸没，浸渍时间可以根据浸渍液的浓度和用量控制，发明人的试验显示，浸渍12小时是必须，适当延长浸渍时间有利于负载量的保证。生产中一般可以控制浸渍时间在12-48小时，例如浸渍时间在24小时左右，比较利于生产安排。