一种基于改性凹凸棒土的专业除磷剂的制备方法与流程

1.本发明属于水处理药剂技术领域，涉及一种基于改性凹凸棒土的专业除磷剂的制备方法。

背景技术：

2.随着我国工业发展，水体磷污染已十分严重，如何治理水体磷污染已成为我国水环境保护一个重要课题。
3.为了落实长江修复的整体要求，解决长江流域部分河段水体总磷严重超标问题。长江流域多地总磷排放指标的地方标准需做至＜0.1mg/l以下（国标直排标准仅为＜0.5mg/l），而传统化学沉淀法中的铝、铁、钙基除磷剂难以达到进一步稳定除磷的目的。
4.因此，研究一种低成本、高效率、高稳定性的专业除磷剂具有重要意义。

技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于改性凹凸棒土的专业除磷剂的制备方法，该制备方法操作简单，对设备要求低；凹凸棒土的来源广泛，价格低廉，制得的改性凹凸棒土除磷剂吸附性能好，高磷废水经处理后总磷（tp）指标可从原水≤500mg/l稳定降至＜0.1mg/l。
6.本发明采用的技术方案是：一种基于改性凹凸棒土的专业除磷剂的制备方法，包括以下步骤：1) 将凹凸棒土加入盐酸溶液中反应，过滤取沉淀，将沉淀洗涤至中性，烘干，制得酸改性的凹凸棒土；2) 将酸化的凹凸棒土高温热改性去除氯离子，制得酸-热改性凹凸棒土；3) 取酸-热改性凹凸棒土和硝酸镧溶液进行掺杂改性，在充分混合下，制得酸-热-镧复合改性凹凸棒土原料；4）制得的复合改性凹凸棒土原料先与硫酸亚铁、水搅拌混合，后又加入浓硫酸混合，搅拌至硫酸亚铁完全溶解；5）再加入氯酸钠，亚铁氧化成三价铁；6）反应完成后，最终制得基于改性凹凸棒土的专业除磷剂。
7.进一步地，步骤 1)中盐酸溶液浓度为3~5mol/l，凹凸棒土是按1g：2 ml 的配比加入到盐酸溶液中，搅拌混合，然后于40~60℃下恒温反应1~3h。
8.进一步地，步骤 2)高温热改性的改性温度为680~780℃，恒温时间为2~3h。
9.进一步地，步骤 3)中硝酸镧溶液浓度为0.1~0.5mol/l，凹凸棒土：硝酸镧的配比为1g：1ml。
10.进一步地，步骤 4)所述的复合改性凹凸棒土料：水：硫酸亚铁的质量比为1：（15~25）：（45~55）。
11.进一步地，步骤 4）中浓硫酸是按亚铁：浓硫酸为1g：（0.1~0.2）ml的量加入。
12.进一步地，步骤 5)所述的硫酸亚铁与氯酸钠的质量比为1：（0.03~0.08），且氧化
反应时长为30min~90min。
13.进一步地，步骤 6)制得基于改性凹凸棒土的专业除磷剂在去除工业废水中总磷指标的应用。
14.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：本发明采用的凹凸棒土是一种具有链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物，成细小的棒状，具有较大的比表面积和较多的孔道。在我国，凹凸棒土储量丰富，价格较为低廉。由于凹凸棒土本身具有比表面积大、吸附性能强、来源广和成本低等特点，经过酸-热-镧三重改性后对污染物有很强的选择吸附性，特别适用于污水处理，尤其适用于去除工业污水处理中除磷应用。
15.本发明制备方法制得的专业除磷剂的使用方法是将本产品按总磷污染量一定比例加入待除磷的污水中，搅拌混合后加入pam沉淀，对任意总磷指标≤500mg/l的污水，使用后总磷都可降低至0.1mg/l。
16.与现有除磷药剂如聚合氯化铝、氢氧化钙、聚合硫酸铁等相比，本发明有以下优势：本发明采用的凹凸棒土的来源广泛，价格低廉，制得的改性凹凸棒土吸附性能好，适合工业化大规模生产，生产成本相当低廉，并且不同高磷废水的磷去除率都在95%以上，特别是原水总磷5mg/l的废水的磷去除率达到99.6%，总磷（tp）指标低至0.02mg/l。
具体实施方式
17.下面根据具体实施例对本发明作进一步说明。
18.本发明实施例中，盐酸溶液、硝酸镧溶液、硫酸亚铁、浓硫酸、氯酸钠、凹凸棒土均为市售产品。
19.实施例1：本实施例为小试生产，具体过程如下：1、称取 50g凹凸棒土于含100ml 4.5mol/l 的盐酸溶液中超声分散 10min，并于 50℃下反应 2h，之后过滤，洗涤直至洗到中性，烘干，待用。
20.2、将酸改性后的凹凸棒土温度慢慢升至750℃，恒温下进行热改性2h，待冷却后取出。
21.3、将热改性后的凹凸棒土，加入100ml 0.2mol/l硝酸镧溶液中搅拌2h进行掺杂改性，过滤、干燥，得复合材料酸-热-镧复合改性后的凹凸棒土原料。
22.4、取5g复合改性后凹凸棒土、250g硫酸亚铁、100ml水，搅拌混合；再加入5g浓硫酸继续搅拌混合，直至硫酸亚铁完全溶解；5、再加入2.5g氯酸钠进行氧化反应45min。
23.6、反应完成后得到本发明成品专业除磷剂。
24.实施例2：本实施例为规模生产制备，具体过程如下：1、将2m
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4.5mol/l 的盐酸溶液中加入1000k凹凸棒土，于 50℃下搅拌反应2h。待凹凸棒土完全沉淀后，将沉淀物洗涤直至洗到中性，烘干，得酸改性后的凹凸棒土；2、将酸改性后的凹凸棒土温度慢慢升至 750℃时，恒温下进行热改性2h，待冷却
后取出。
25.3、将热改性后的凹凸棒土，加入1m
3 0.15mol/l硝酸镧溶液中搅拌2h进行掺杂改性，沉淀、干燥后，得复合材料酸-热-镧复合改性后的凹凸棒土原料。
26.4、将复合改性后的凹凸棒土原料加入20m
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水中搅拌混合；再加入50t硫酸亚铁，继续搅拌混合；再加入3.5t浓硫酸，继续搅拌混合，直至硫酸亚铁完全溶解。
27.5、再加入1.25t氯酸钠持续搅拌，进行氧化反应1h 。
28.6、反应完成后则得到本发明产品一种基于改性凹凸棒土的专业除磷剂。
29.下面以本发明上述实施例制得的专业除磷剂用作污水除磷药剂，同时取传统除磷剂作对比实验，测量去除水tp指标和磷去除率。
30.检测样本：原水总磷为250mg/l、50mg/l、15mg/l、5mg/l的污水。
31.投加量：每种除磷剂在相同检测样本的投加量相同，其中原水总磷为250mg/l的投加量为3500ppm，50mg/l的投加量为1500ppm，原水总磷为15mg/l的投加量为150ppm，原水总磷为5mg/l的投加量为150ppm。
32.检测过程：在检测样本按要求投放除磷剂，搅拌5min后，加入100ppm pam进行混凝。处理完后上清液进行取样检测磷去除率，具体情况见表1。
33.表1 本发明产品与传统除磷剂除磷效果对比表。
34.本发明实施例制得的专业除磷剂针对不同高磷废水的磷去除率都在95%以上，特别是原水总磷5mg/l的废水的磷去除率达到99.6%，总磷（tp）指标低至0.02mg/l，去除率远大于同等成本下传统除磷剂的效果，同时成本远低于聚合氯化铝。
35.本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

技术特征：

1.一种基于改性凹凸棒土的专业除磷剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1) 将凹凸棒土加入盐酸溶液中反应，过滤取沉淀，将沉淀洗涤至中性，烘干，制得酸改性的凹凸棒土；2) 将酸化的凹凸棒土高温热改性去除氯离子，制得酸-热改性凹凸棒土；3) 取酸-热改性凹凸棒土和硝酸镧溶液进行掺杂改性，在充分混合下，制得酸-热-镧复合改性凹凸棒土原料；4）制得的复合改性凹凸棒土原料先与硫酸亚铁、水搅拌混合，后又加入浓硫酸混合，搅拌至硫酸亚铁完全溶解；5）再加入氯酸钠，亚铁氧化成三价铁；6）反应完成后，最终制得基于改性凹凸棒土的专业除磷剂。2.根据权利要求1中所述的一种基于改性凹凸棒土的专业除磷剂的制备方法，其特征在于，步骤 1)中盐酸溶液浓度为3~5mol/l，凹凸棒土是按1g：2ml 的比例加入到盐酸溶液中，搅拌混合，然后于40~60℃下恒温反应1~3h。3.根据权利要求 1 所述的一种基于改性凹凸棒土的专业除磷剂的制备方法，其特征在于，步骤 2)高温热改性的改性温度为680~780℃，恒温时间为2~3h。4.根据权利要求 1 所述的一种基于改性凹凸棒土的专业除磷剂的制备方法，其特征在于，步骤 3)中硝酸镧溶液浓度为0.1~0.5mol/l，凹凸棒土和硝酸镧的配比为1g：1ml。5.根据权利要求 1 所述的一种基于改性凹凸棒土的专业除磷剂的制备方法，其特征在于，步骤 4)所述的复合改性凹凸棒土料：水：硫酸亚铁的质量比为1：（15~25）：（45~55）。6.根据权利要求 1 所述的一种基于改性凹凸棒土的专业除磷剂的制备方法，其特征在于，步骤 4）中浓硫酸是按亚铁：浓硫酸为1g：（0.1~0.2）ml的量加入。7.根据权利要求 1 所述的一种基于改性凹凸棒土的专业除磷剂的制备方法，其特征在于，步骤 5)所述硫酸亚铁与氯酸钠的质量比为1：（0.03~0.08），且氧化反应时长为30min~90min。8.权利要求 1~7任意所述的一种基于改性凹凸棒土的专业除磷剂的制备方法，其特征在于，制得的基于改性凹凸棒土的专业除磷剂适用于去除废水中总磷。

技术总结

本发明公开了一种基于改性凹凸棒土的专业除磷剂的制备方法，依次对凹凸棒土进行酸改性、高温热改性，再将酸-热改性后的原土进行硝酸镧掺杂改性，最后酸-热-镧改性凹凸棒土与亚铁、硫酸、水混合，使用氯酸钠对产品进行氧化改性，最终得到本发明产品一种基于改性凹凸棒土的专业除磷剂。本发明采用的凹凸棒土的来源广泛，价格低廉，适合工业化大规模生产，生产成本相当低廉，制得的改性凹凸棒土吸附性能好，对不同高磷废水的磷去除率都在95%以上，特别是原水总磷5mg/L的废水的磷去除率达到99.6%，处理后废水中的总磷含量低至0.02mg/L。理后废水中的总磷含量低至0.02mg/L。