[发明专利]基于天然斜发沸石同步脱氮除磷吸附剂材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种基于天然斜发沸石同步脱氮除磷吸附剂材料的制备方法及应用，包括：将天然斜发沸石粉碎至粒径为5‑10mm的颗粒，常温下用水浸泡，并置于超声波震荡0.5‑1h；在超声波震荡体系中，加入含有有机改性剂的水溶液后继续超声波震荡0.5‑1h；过滤得到吸附剂材料。本发明所制备的吸附剂材料针对高浓度氮磷废水，能够同步高效脱氮除磷，对氨氮脱除率在97％以上、总磷脱除率在85％以上，减少水体的富营养化发生；而且具有生产工艺简单，操作方便，设备较少，成本低等实际应用价值。

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种基于天然斜发沸石同步脱氮除磷吸附剂材料的制备方法及应用，用于脱除高浓度氮磷废水中的氮和磷。

背景技术

随着我国社会经济的高速发展，大量工业废水和生活污水排入江河湖泊，导致浮游植物大量繁殖，引发水体富营养化，加速水中溶解氧消耗，从而影响整个生态系统平衡。其中，氮磷是造成水体富营养化的主要因数之一，为此，近年来，人们在废水脱氮除磷方面开展了广泛研究。

常用的废水处理方法有生物法、沉淀法和吸附法等，其中，生物法工艺冗长、操控复杂，且运行周期较长；沉淀法虽然脱氮除磷效果明显，但对于高浓度废水需要消耗大量化学药剂，且存在二次污染等问题；吸附法对于低浓度废水在脱氮除磷过程中具有高效稳定等特点，但其主要以单一脱氮或除磷为目的，对于高浓度氮磷废水不具备同步脱除能力。

天然斜发沸石由硅氧(SiO₄)四面体和铝氧(AlO₄)四面体通过共用氧原子构成晶体骨架，独特的片状结构和固有的多孔表面，使其赋予较高的阳离子交换容量和较大的比表面积，对铵离子及其衍生物表现出较强的选择性和表面吸附性能；据资料报道[WaterPollution Control Federation,1975,47,448-456；Journal of Chemical Technologyand Biotechnology,2004,79(6):651-657.]，天然沸石的氨氮极限吸附容量为15.5mg/g。

研究人员[环境化学，2003，22(2)：166-171；Journal of Hazardous Materials,2007,141(3):483-488.]分别采用NaCl、硫酸镁、氯化铝、氯化铁和氯化钙等改性天然沸石后能够有效提高铵离子吸附量；采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、溴化十六烷基吡啶(CPB)、季铵盐硅烷偶联剂、氯氧化锆、氯化镧、氯化铌等改性天然沸石后对除磷效果较为明显；但是，关于同步去除水中氨氮和磷酸盐的研究则比较少见。

段金明等人(环境工程学报，2009，3(5)：829-833)采用硫酸镁和氯化铝改性沸石分子筛，发现高温煅烧虽然有利于脱氮除磷，但是这类吸附剂存在着制备工艺复杂和成本较高等缺陷，特别是在高温煅烧过程中容易产生二次污染。文献(环境科学研究，2009，22(9)：1039-1043)提供了一种钙型天然斜发沸石制备方法，同步脱氮达96％，除磷接近100％；但是这类吸附剂在使用过程中存在着金属离子二次释放等问题，特别是当水体pH值高于9时，容易使得吸附剂表面已经吸附的磷再次释放到水中，加剧其富营养。文献(环境工程学报，2013，7(5)：1665-1670)提供了一种热改性斜发沸石对富营养化水体的脱氮除磷方法，但是同样存在着制备工艺复杂和成本较高等问题。

Huo等人(Journal of hazardous materials,2012,229:292-297)通过热处理天然斜发沸石，并用NaCl和FeCl₃溶液进行改性，氨氮和磷去除率分别为98.46％和99.80％。由于这类吸附剂采用NaCl和FeCl₃溶液进行改性，因此存在着制备工艺复杂和成本较高等缺陷，特别是在使用过程中存在着金属离子二次释放等问题。专利(CN111530412A)公开了一种基于天然斜发沸石合成同步脱氮除磷吸附剂的方法，该方法主要以天然沸石为原料，通过碱溶和补铝等手段，并在合成A型沸石分子筛过程中引入镧元素，从而制备出具有同步脱氮除磷效果的镧改性沸石分子筛吸附剂。这类吸附剂同样存在着制备工艺复杂问题，特别是采用稀土元素改性导致成本较高。