[发明专利]一种基于陨石制备的纳米零价金属轻质多孔球形功能材料、其制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种基于陨石制备的纳米零价金属轻质多孔球形功能材料、其制备方法及应用。所述纳米零价金属轻质多孔球形功能材料的制备方法包括：步骤S1，以陨石粉体为原料经还原煅烧制得纳米零价金属复合材料；步骤S2，将沸石、水泥、生石灰、铝粉、石膏及表面活性剂混合，得到混合料；步骤S3，以聚乙烯多孔球形塑料颗粒为骨架，将所述混合料均匀粘附在所述骨架上，制得沸石基轻质多孔球形功能材料。步骤S4，将纳米零价金属复合材料均匀的喷洒在沸石基轻质多孔球形功能材料上面，获得纳米零价金属轻质多孔球形功能材料。本发明具有多级别孔、较高孔隙率及较大比表面积，形状规则、质轻。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体而言，涉及一种基于陨石制备的纳米零价金属轻质多孔球形功能材料、其制备方法及应用。

背景技术

磷是人类赖以生存不可或缺的营养物之一，主要贮存在地壳之中，以磷矿的形式存在，是一种难以再生的非金属矿产资源。磷在地球上以“陆地→海洋”直线形式流动。从磷矿开采的磷超过80％以上用于磷肥生产，磷肥中有超过50％以上的未被作物吸收的磷因雨水冲刷会形成地表径流，食物中未被人和动物吸收的磷在无污水处理情况下随排泄物进入地表水体中；最后磷随“条条江河通大海”的自然规律进入海洋。除海鸟在陆地排泄粪便以及人类海洋捕捞海产品外，流入海洋中的磷在人类可目击到的地质演变期内很难再回归到陆地。因此，磷和煤、石油等一样都属于不可再生的宝贵自然资源。

磷矿藏在地球上分布极不均匀、储量十分有限。虽然地球磷矿基础储量为680×10⁸t(以P₂O₅计)，但经济储量仅有1/3,约220×10⁸t。随着人口增长以及人类生活水平不断提高，社会对磷的需求越来越高。国家统计局数据显示，2015年我国磷肥产量已达970×10⁴t·a^-1(P₂O₅)，且每年增加量为50×10⁴t·a^-1。以此增长速度，我国到2030年时对磷肥使用量将会超过2000×10⁴t·a^-1.再加上磷矿石无限制的出口，我国未来磷资源消耗量十分惊人。2015年统计数字表明,我国磷矿基础储量为31×10⁸t(P₂O₅)a。尽管2017年7月在贵州开阳发现了超大优质(唯一不经选矿即可直接用于生产高浓度磷复合肥)磷矿2.7×10⁸t(P₂O₅)a,但我国高品位磷矿储量总体上很低,P₂O₅含量超过30％的富磷矿资源储量只有16.6×10⁸t(P₂O₅),仅为基础储量的一半。若按照目前“采富弃贫”的开采模式进行开采磷矿,我国磷矿石储量将开采殆尽a,“磷危机”现象随之而来。

因此,我国急需考虑并实施磷回收战略。纵观磷流失、排放的整个路径,对磷进行有效截流/回收的最佳节点主要集中在磷排放的源头和末端.源头磷回收包括粪尿返田及源分离技术；末端磷回收指的是从污水处理过程中回收磷，据统计全球每年约有1.3Mt·a^-1(以P计)经污水处理厂处理,以集中式为主流的现代污水处理技术可以实现在污水处理的同时对磷的截留、分离与回收。

曝气生物滤池充分借鉴了污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路，集曝气、高滤速、截留悬浮物、定期反冲洗等特点于一体。其工艺原理是在滤池中装填一定量粒径较小的粒状滤料，滤料表面生长着生物膜，滤池内部曝气，污水流经时，利用滤料上高浓度生物膜的强氧化降解能力对污水进行快速净化，此为生物氧化降解过程；同时，因污水流经时，利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量悬浮物，且保证脱落的生物膜不会随水带出，此为截留作用；运行一定时间后，因水头损失的增加，需对滤池进行反冲洗，以释放截留的悬浮物并更新生物膜，此为反冲洗过程。填料作为曝气生物滤池的核心组成部分，其孔隙率、生物负载能力等特性影响着曝气生物滤池的性能，填料的研究和开发在曝气生物滤池工艺中受到广泛关注。