[发明专利]一种利用天然富钙混合黏土制备的高效除磷剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种利用天然富钙混合黏土制备的高效除磷剂及其制备方法，属天然非金属矿深加工和吸附材料制备技术领域。本发明公开的高效除磷剂是由重量份数为5份～15份的富钙黏土和2.5份～75份的碱金属硅酸盐之间通过“水热转化重构‑煅烧”集成工艺过程制备而成的多孔硅酸盐复合材料，其平均孔径范围为1nm～120nm。本发明通过将天然低品位混合黏土中的含钙矿物和硅酸盐矿物进行结构重组和热活化处理，在不额外引入稀土等金属化合物的前提下就得到了对磷酸根具有超强吸附能力的低成本、环境友好的高效除磷剂，与市售除磷剂相比具有明显的成本优势和性能优势，在含磷废水处理、缓释磷肥载体、磷酸根的提取、分离与富集等多个方面具有广阔应用前景。

技术领域

本发明涉及天然非金属矿深加工和吸附材料制备技术领域，具体涉及一种利用天然富钙混合黏土制备的高效除磷剂及其制备方法。

背景技术

磷污染引起的水体富营养化严重威胁了水生生物、生态环境和生物圈的安全以及人们的身体健康。因此，开发能够高效去除水中磷污染物的吸附材料引起了极大关注。

目前较高效的磷去除剂主要是用含稀土(如镧、铈)的化合物制备而成，利用镧或铈与磷酸根的较强相互作用实现对磷的高效去除。但稀土是不可再生的战略资源，不仅价格昂贵，而且用于大规模制备吸附剂会造成稀土战略资源的浪费。

相比之下，不含稀土的磷吸附剂由于具有较低的价格而备受关注，但是现有的不含稀土的吸附剂存在对磷的吸附效果差的问题，迫切需要开发成本低、吸附效果好、环境友好、且能大规模生产应用的新型高效除磷剂。

近年来，利用天然原料合成吸附剂引起广泛关注。天然原料具有来源广泛、环境友好和低成本的优势，是最具应用前景的制备环境友好吸附剂的材料。天然黏土矿物是在地球上分布最广泛、储量最丰富的矿物之一，其来源于自然，可以与自然环境相容而不产生任何危害；同时天然黏土的成本较低，具有开发高性价比吸附材料的先天优势。其中，天然沉积型黏土矿中常伴生有石膏、方解石等含钙矿物，导致其组分复杂，很难在工业领域中进行应用，所以一直被作为尾矿处理，造成了资源的浪费。然而，由于含钙吸附剂对磷酸根具有较强的吸附能力，所以在其它工业领域无法应用的天然沉积型富钙混合黏土具有合成富含钙吸附位点的磷吸附剂的先天优势。所以，利用沉积型富钙黏土矿富含钙的优势，不需经过任何前处理，将混合黏土中的全部组分同步转化并重组成新的材料，不仅可以获得高效磷吸附剂，而且也可以为此类黏土矿物综合、高效利用提供有效的途径。迄今为止，尚没有利用天然富钙混合黏土经过矿物结构转化与重构-煅烧集成工艺合成高性能除磷剂的研究报道和技术应用先例。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种利用天然富钙混合黏土制备的高效除磷剂及其制备方法，用于解决现有技术中含稀土元素的除磷剂价格昂贵、不含稀土元素的除磷剂吸附效果差的问题，得到兼具低成本、高吸附容量、高去除率、环境友好等优势的新型高效除磷剂。

本发明第一方面保护一种高效除磷剂，所述高效除磷剂是由天然富钙混合黏土中全部组分通过水热诱导矿物转化与重构-煅烧集成工艺制备而成的一种多孔硅酸盐复合材料；

所述高效除磷剂为多孔材料，所述高效除磷剂中的孔隙的孔径为1nm～120nm，比表面积为20～200m²/g；钙元素(以CaO计)的质量百分比含量为15％～80％，硅元素(以SiO₂计)的质量百分比含量为13％～70％。

本发明第二方面保护一种利用天然富钙黏土制备的高效除磷剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将重量份为5份～15份的天然富钙混合黏土、2.5份～75份的碱金属硅酸盐和助剂均匀混合后，通过对辊挤压处理压成厚度为0.25mm～1mm的薄片；将所述薄片进行微波加热，使碱性的碱金属硅酸盐与富钙混合黏土在加热作用下发生预活化反应；所述微波加热的功率为2.5kW-10kW；所述微波加热的时间为0.5h～1h。