顆粒吸附劑及其制備方法和在吸附氨氮中的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開顆粒吸附劑及其制備方法和在吸附氨氮中的應(yīng)用，按照重量份數(shù)由以下組分組成：骨架材料3—5份、粘結(jié)劑3—4份、致孔劑1—3份、功能性物質(zhì)1—2份，骨架材料為鹿沼土或者赤玉土，粘結(jié)劑為膨潤(rùn)土、天然沸石粉或蒙脫土，致孔劑為玉米淀粉、可溶性淀粉、聚乙烯吡咯烷酮或尿素；功能性物質(zhì)為氯化鈉、硫酸鈉或者硝酸鈉。在混合均勻后，向其中加入去離子水調(diào)制成糊狀后成型，待成型干燥后在400-800℃下燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為1—2h即可。本發(fā)明來(lái)源廣泛、成本低廉、針對(duì)高濃度氨氮廢水中的氨氮吸附性能優(yōu)良、無(wú)需后續(xù)處理、對(duì)環(huán)境不造成二次污染。
【專利說明】顆粒吸附劑及其制備方法和在吸附氨氮中的應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于吸附材料合成及應(yīng)用領(lǐng)域，更加具體地說，涉及一種由不同粘土礦物 合成的去除廢水中氨氮的顆粒吸附劑及其制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，稀土、化工、鋼鐵等行業(yè)產(chǎn)生了大量的高濃度氨氮 廢水，若不經(jīng)處理直接排放，氨氮的氧化會(huì)導(dǎo)致水體中溶解氧濃度降低，引起河水水質(zhì)發(fā)黑 發(fā)臭，水質(zhì)嚴(yán)重變差。同時(shí)，水中氮素含量過高會(huì)造成藻類急劇增加，引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化。 在有利的環(huán)境條件下，氨氮會(huì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮，飲用硝酸鹽污染的水會(huì) 對(duì)人體健康造成嚴(yán)重的危害，硝酸鹽在人體內(nèi)可被微生物還原為有毒的亞硝酸鹽，亞硝酸 鹽可將血紅蛋白中的二價(jià)鐵轉(zhuǎn)化為三價(jià)鐵，使紅血球變性，血紅蛋白不再具有攜氧能力，導(dǎo) 致人體出現(xiàn)窒息現(xiàn)象。嬰兒胃內(nèi)酸度低于成年人，有利于硝酸鹽還原菌的生長(zhǎng)，所以嬰兒對(duì) 硝酸鹽的潛在毒性比成年人更為敏感，使得嬰兒易患高鐵血紅蛋白癥。我國(guó)自1998年1月 1日起實(shí)行的《GB8978-2002污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定氨氮不得超過15mg/L，二級(jí) 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定氨氮不得超過25mg/L(醫(yī)藥原材料、染料、石油化工企業(yè)不得超過50mg/L)。
[0003] 目前對(duì)含氨氮廢水的處理技術(shù)，主要有物理化學(xué)和生物處理技術(shù)兩大類。物理化 學(xué)技術(shù)包括折點(diǎn)加氯法、化學(xué)沉淀法、離子交換法、吹脫法、反滲透法等，這些方法通常運(yùn)行 條件嚴(yán)格，由于需要大量化學(xué)藥劑或者能源而造成成本較高。微生物法去除氨氮包括硝化、 反硝化兩個(gè)過程，常見的生物脫氮技術(shù)主要有活性污泥法和生物膜法，雖然成本較低，但是 微生物的抗高沖擊負(fù)荷能力較差，不適于高濃度氨氮廢水的處理。吸附法吸附廢水中的氨 氮安全可靠且成本較低，目前常見的吸附劑主要有膨潤(rùn)土、沸石、碳納米管、粉煤灰、活性炭 等。這些吸附劑通常顆粒細(xì)小、比表面大、吸附能力強(qiáng)，具有較高的離子交換性能。在現(xiàn)有 的研宄及應(yīng)用中，沸石、活性炭等吸附劑通常有粉末狀、顆粒狀等多種形態(tài)，但膨潤(rùn)土等土 壤吸附劑多為粉末狀。粉末狀吸附劑難于固液分離、不易沉降，而顆粒狀吸附劑處理工藝比 較簡(jiǎn)單、消耗動(dòng)力少，易于重復(fù)利用。由于天然吸附劑在應(yīng)用中存在其局限性，已有許多針 對(duì)上述吸附劑進(jìn)行優(yōu)化的研宄，例如，在土壤吸附劑的顆?；绣持?，已有研宄以鈉基膨潤(rùn) 土為原料，摻入適量淀粉、煤粉或污泥后經(jīng)加水?dāng)噭颉D壓、烘干、高溫焙燒、冷卻后制得多 孔膨潤(rùn)土顆粒。但是，目前多數(shù)吸附劑成分較為單一，其改性技術(shù)可能對(duì)環(huán)境造成污染，且 通常是針對(duì)較低濃度氨氮廢水進(jìn)行處理，對(duì)高濃度氨氮廢水中的氨氮吸附效果不佳。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種顆粒吸附劑及其制備方法，來(lái) 源廣泛、成本低廉、針對(duì)高濃度氨氮廢水中的氨氮吸附性能優(yōu)良、無(wú)需后續(xù)處理、對(duì)環(huán)境不 造成二次污染。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0006] 顆粒吸附劑，按照重量份數(shù)由以下組分組成：骨架材料3- 5份、粘結(jié)劑3- 4份、 致孔劑1 一3份、功能性物質(zhì)1 一2份，其中：
[0007] 所述骨架材料為鹿沼土或者赤玉土，或者鹿沼土和赤玉土以1:1質(zhì)量比混合均勾 的混合物；
[0008] 所述粘結(jié)劑為膨潤(rùn)土、天然沸石粉或蒙脫土；
[0009] 所述致孔劑為玉米淀粉、可溶性淀粉、聚乙烯吡咯烷酮（PVP)或尿素；
[0010] 所述功能性物質(zhì)為氯化鈉、硫酸鈉或者硝酸鈉。
[0011] 在上述技術(shù)方案中，各組分的重量份數(shù)優(yōu)選如下：骨架材料3. 5-5份、粘結(jié)劑3- 3. 5份、致孔劑1 一2. 5份、功能性物質(zhì)1 一 1. 5份。
[0012] 在上述技術(shù)方案中，各組分的粒徑要求為：骨架材料為80-105ym;粘結(jié)劑為 50-100μm;致孔劑為10-40μm;功能性物質(zhì)為100-200μm。
[0013] 上述顆粒吸附劑的制備方法，按照下述步驟進(jìn)行：
[0014] 按照所述質(zhì)量份數(shù)和粒徑要求稱取骨架材料、粘結(jié)劑、致孔劑和功能性物質(zhì)，混合 均勻后，向其中加入去離子水調(diào)制成糊狀后成型，待成型干燥后在400-800°C下燒結(jié)，燒結(jié) 時(shí)間為1 一2h。
[0015] 在上述技術(shù)方案中，成型為狀、片狀或者顆粒狀，以球狀顆粒為宜，顆粒直徑保持 在 2 - 3mm〇
[0016] 在上述技術(shù)方案中，選擇干燥溫度為90- 110°C干燥20- 24h。
[0017] 在上述技術(shù)方案中，燒結(jié)溫度為550- 600°C，燒結(jié)時(shí)間為1. 5 - 2h。
[0018] 上述顆粒吸附劑在吸附氨氮中的應(yīng)用，利用本發(fā)明的顆粒吸附劑對(duì)水體中氨氮進(jìn) 行吸附，氨氮吸附作用原理為離子交換：
[0019]

【權(quán)利要求】
1. 顆粒吸附劑，其特征在于，所述吸附劑65%以上的孔隙孔徑為2-50nm，BET比表面積 36_37m2 ? g ^Langmuir 比表面積為 33_35m2 ? g ^T-plot 比表面積為 40_42m2 ? g %總孔隙 量為0. 10- 0. 15cm3 ? g'按照重量份數(shù)由以下組分組成：骨架材料3- 5份、粘結(jié)劑3- 4 份、致孔劑1 一3份、功能性物質(zhì)1 一2份，稱取骨架材料、粘結(jié)劑、致孔劑和功能性物質(zhì)，混合 均勻后，向其中加入去離子水調(diào)制成糊狀后成型，待成型干燥后在400-800°C下燒結(jié)，燒結(jié) 時(shí)間為1 一2h，其中： 所述骨架材料為鹿沼土或者赤玉土，或者鹿沼土和赤玉土以1:1質(zhì)量比混合均勻的混 合物；所述粘結(jié)劑為膨潤(rùn)土、天然沸石粉或蒙脫土；所述致孔劑為玉米淀粉、可溶性淀粉、 聚乙烯吡咯烷酮或尿素；所述功能性物質(zhì)為氯化鈉、硫酸鈉或者硝酸鈉。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒吸附劑，其特征在于，各組分的重量份數(shù)優(yōu)選如下：骨架 材料3. 5- 5份、粘結(jié)劑3- 3. 5份、致孔劑1 一2. 5份、功能性物質(zhì)1 一 1. 5份。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒吸附劑，其特征在于，各組分的粒徑要求為：骨架材料為 80-105 y m ;粘結(jié)劑為50-100 y m ;致孔劑為10-40 y m ;功能性物質(zhì)為100-200 y m。
4. 顆粒吸附劑的制備方法，其特征在于，按照下述步驟進(jìn)行： 按照所述質(zhì)量份數(shù)和粒徑要求稱取骨架材料、粘結(jié)劑、致孔劑和功能性物質(zhì)，混合均勻 后，向其中加入去離子水調(diào)制成糊狀后成型，待成型干燥后在400-800°C下燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間 為1 一2h，其中： 骨架材料3- 5份、粘結(jié)劑3- 4份、致孔劑1一3份、功能性物質(zhì)1一2份，所述骨架材 料為鹿沼土或者赤玉土，或者鹿沼土和赤玉土以1:1質(zhì)量比混合均勾的混合物；所述粘結(jié) 劑為膨潤(rùn)土、天然沸石粉或蒙脫土；所述致孔劑為玉米淀粉、可溶性淀粉、聚乙烯吡咯烷酮 或尿素；所述功能性物質(zhì)為氯化鈉、硫酸鈉或者硝酸鈉；骨架材料為80-105 ym ;粘結(jié)劑為 50-100 ym ;致孔劑為10-40 ym ;功能性物質(zhì)為100-200 ym。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的顆粒吸附劑的制備方法，其特征在于，成型為狀、片狀或者顆 粒狀，以球狀顆粒為宜，顆粒直徑保持在2 - 3mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的顆粒吸附劑的制備方法，其特征在于，選擇干燥溫度為90- 110°C 干燥 20-24h〇
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的顆粒吸附劑的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)溫度為550- 600°C，燒結(jié)時(shí)間為1. 5 - 2h。
8. 如權(quán)利要求1一3之一所述的顆粒吸附劑在吸附氨氮中的應(yīng)用，其特征在于，所述吸 附劑提供Na+作為NH 4+的交換離子，對(duì)NH 4+-N的吸附容量可達(dá)到112. 4mg ? g'
【文檔編號(hào)】C02F101/16GK104492404SQ201410724608
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】趙迎新, 季民, 鄭心怡 申請(qǐng)人:天津大學(xué)