[发明专利]一种磁性晶体/非晶体镧锆铁氧化物除磷吸附剂及其合成方法

说明书

本发明提供了一种磁性晶体/非晶体镧锆铁氧化物除磷吸附剂及其合成方法，包括以下步骤：通过超声将一定比例的镧盐、锆盐和铁盐(或纳米氧化铁)完全分散到溶剂中后，投加适量螯合剂，分散剂和沉淀剂，使用磁力搅拌使各相均匀分散；将该混合溶液转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中并放置于烘箱中加热反应，反应结束后冷却至室温。所得产物通过磁性固液分离，经水和乙醇清洗，真空干燥后研磨即得。本发明制备的磁性晶体/非晶体镧锆铁氧化物除磷吸附剂吸附量大、吸附速率快、易分离回收，且合成条件简单，重现性好，具有广阔的使用前景。

本发明涉及污水吸附除磷与资源化利用领域，具体涉及一种溶剂热法合成磁性晶体/非晶体镧锆铁氧化物除磷吸附剂的方法。

背景技术

随着人类人口密度和活动的不断增长，过量的氮、磷营养元素随市政和工业排放进入天然水体，从而造成水体的富营养化。在适宜的温度下，以蓝藻为代表的藻类和其他水生浮游生物在富营养化的水体中大量生长，导致了水中鱼类、无脊椎动物和水生植物的死亡，破坏了当地的生态平衡与生物多样性，也给人类带来了各种健康问题。有研究表明，由于固氮蓝藻等藻类的具有固氮作用，而在环境中藻类能利用的氮量要远大于可利用的磷，因此与脱氮相比，对废水进行除磷处理能够更有效的预防水体富营养化，废水除磷技术也受到了越来越多的关注。

目前，对水中磷的去除方法主要有：化学沉淀法、吸附及离子交换、膜分离法、微生物法、水生物法以及电化学法等等。石灰、明矾和铁盐沉淀剂的化学沉淀易受环境条件(如pH值)的影响，并面临后续出水中和的问题；反渗透和电渗析等物理方法效率太低或成本太高；由于微生物代谢活动会随着磷浓度的降低而减少，故生物法不适合微量磷的去除；此外，化学和生物处理都产生大量需要适当处置的污泥。吸附法是近年来国内外对废水中磷酸盐的去除和回收研究最多的技术之一。与上述技术相比，吸附技术可在较宽的pH值范围内和较低的浓度范围内去除污染物，吸附过程简单、快速，操作灵活，经济性高，可用于多种环境并取得良好的出水水质，具有较好的应用前景。

对除磷的吸附技术而言，高效经济的吸附材料是决定该项技术成败的核心。近年来，针对水中磷的去除，已经开发了大量材料，用于高效和经济地去除磷酸盐。研究较多的有金属氧化物/氢氧化物(LDH、羟基铁盐、稀土金属)，碳基材料(活性炭、石墨烯)，生物质材料、天然矿物和改性矿物类(膨润土、蒙脱土、缕縞石、沸石、高岭石)、工农业副产品(粉煤灰、赤泥、钢渣、秸秆)、以及有机和金属有机杂化材料(金属有机框架类、树脂类、凝胶类)等等。

专利CN109876780A发明了一种以活性炭和壳聚糖为载体负载纳米二氧化钛的除磷吸附剂，其制备方法简单，颗粒状材料强度好，不易造成二次污染，但其存在除磷去除率较低的问题，还需要进一步解决；专利CN106607006B发明了一种使用稀土元素改性粉煤灰的同步脱氮除磷吸附剂，使用镧和钆改性后的材料具有同步脱氮除磷能力，吸附速率快，但改性工艺复杂，物料繁多，不利于在实际应用中的推广；专利CN109847691A发明了一种镧铁改性沸石除磷吸附剂，镧和铁元素的引入使得材料吸附能力较天然沸石的有所增强，但改性后吸附量依然较低；专利CN201710021912.0发明了一种磁性阳离子水凝胶基复合吸附材料的制备及其应用。该复合材料采用带有永久正点荷的三甲基氯化铵作为单体，并负载磁性物质和不同形态的活性稀土金属元素，使其具有高表面正电荷和专属吸附位点，能高效的去除水中阴离子污染物。但使用三甲基氯化铵作为单体成本较高，因此在使用上受到一定限制。

综上所述，现阶段除磷吸附剂的发明大多着重于使用具有大比表面积、高强度、表面正电或磁性的材料为载体，负载具有特异性吸附活性位点的金属元素，来达到增强吸附能力的目的。但在现有的除磷吸附剂中，不少吸附剂表现出效率低，选择性差，结构不稳定，不易再生回用等问题。本专利的一种磁性晶体/非晶体镧锆铁氧化物除磷吸附剂，其活性组分晶体/非晶体La₂Zr₂O₇为首次运用在吸附除磷领域，且吸附剂具有吸附量高、吸附速率快、选择性强、结构稳定、超顺磁性易分离、合成方法简单等特点，具有广泛的应用前景。

发明内容