本發(fā)明屬于環(huán)境污染物吸附材料領(lǐng)域，特別涉及一種以高嶺土制備畜禽廢水中磷吸附劑的制備方法，應用于水環(huán)境污染控制。

背景技術(shù)：

環(huán)境礦物材料的改性，是礦物材料深加工的主要方式之一，通過改性，可改變環(huán)境礦物材料的離子交換種類和可交換性，改變礦物結(jié)構(gòu)內(nèi)部空隙率和膨脹性，改善礦物的吸附性與其他各種物理化學性能。目前，對環(huán)境礦物材料的改性類型多種多樣，可分為物理改性、化學表面改性、納米環(huán)境礦物粉體表面改性。其中常用的有：酸改性、熱改性和有機/無機柱撐等。天然礦物往往存在許多不足，因此在實際運用中要對其進行改性，以提高其對磷的吸附性能。如：作為膨潤土中的主含礦物蒙脫石在水介質(zhì)中分散后，一部分在表面雙電層作用下開始分離，另一部分則因可交換性Ca²⁺、Mg²⁺的存在而成集合體團聚態(tài)，所以未經(jīng)處理的膨潤土處理廢水的效果欠佳。使用微波稀土改性膨潤土，發(fā)現(xiàn)其對水體中磷的去除率提高了近100倍，吸附容量達41mg/g。同時，研究也表明熱改性顯著提高了高嶺土對磷的吸附凈化能力。可見，經(jīng)改性后的環(huán)境礦物材料對磷的去除率有了明顯的提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種以高嶺土制備畜禽廢水中磷吸附劑的制備方法，應用于水環(huán)境污染控制。

為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種酸改性高嶺土制備畜禽廢水吸附劑的方法，其特征在于：包括以下步驟:

(1)天然高嶺土的篩選：稱取不同高嶺土礦物材料于離心管中，在20±1℃的恒溫條件下，加入含磷濃度模擬廢水；震蕩1-4h，靜置12-36h，離心分離上清液，測定磷的含量，根據(jù)濃度的變化，計算其吸附磷素的數(shù)量，篩選出磷吸附容量較高的高嶺土；

(2)酸改性高嶺土的制備：向高嶺土中加入鹽酸溶液，在60-80℃下恒溫攪拌1-4h，冷卻后離心，用蒸餾水洗滌固體沉積物，洗滌至無Cl^-存在，制得的固體樣品于60-105℃烘干，過100目篩，得酸改性高嶺土樣品。

步驟(1)中，稱取不同高嶺土礦物材料0.5g于150mL離心管中。

步驟(1)中，模擬廢水中磷濃度為50mg/L。

步驟(1)中，180r/min震蕩1h，靜置24h，4 000r/min離心10min，分離上清液。

步驟(2)中，鹽酸溶液的濃度為9％。

本發(fā)明還提供上述方法制備的吸附材料及在畜禽廢水磷吸附應用，將該吸附材料作為畜禽廢水中磷吸附凈化劑。

本發(fā)明中酸改性后高嶺土對磷的飽和吸附量有較大程度的提高，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，9％酸改性后高嶺石對磷的吸附性能最佳，吸附量較天然高嶺土提高了44.6％，去除率為81.9％。

附圖說明

圖1：天然高嶺土的磷吸附能力比較。

圖2：酸改性高嶺土對磷的吸附容量。

圖3：酸改性高嶺土凈化水體后的殘留磷濃度。

圖4：天然與酸改性高嶺土對磷的等溫吸附線。

圖5：天然與酸改性高嶺土對磷的吸附動力學曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1：畜禽廢水磷吸附材料的制備：

1)天然高嶺土的篩選：供試高嶺土有2種，分別來自江蘇蘇州(KL-1)和國藥有限公司(KL-2)。準確稱取將2種不同高嶺土礦物材料0.5g于150mL離心管中，在恒溫(20±1)℃條件下，加入50mL磷濃度為50mg/L的模擬廢水，180r/min震蕩1h，靜置24h，4 000r/min離心10min，分離上清液，測定磷的含量，根據(jù)濃度的變化，計算其吸附磷素的數(shù)量，篩選出磷吸附容量的高嶺土作為下一步實驗材料。

2)不同酸濃度改性高嶺土的制備：取30g高嶺土于圓底燒瓶中，分別加入250mL不同濃度(體積分數(shù)為1％、3％、9％)的鹽酸溶液，在70℃下恒溫攪拌2h，冷卻后離心，用蒸餾水洗滌固體沉積物，洗滌至無Cl^-存在(用AgNO₃溶液檢驗)，制得的固體樣品于105℃烘干，過100目篩，得酸改性高嶺土樣品。

3)測定天然與酸改性高嶺土的化學組成(質(zhì)量百分比)、礦物組分變化和比表面積變化(m²/g)。

表1天然與酸改性高嶺土的化學組成(質(zhì)量百分比)

表2天然與酸改性高嶺土的礦物組分變化

表3天然與酸改性高嶺土的比表面積變化(m²/g)

實施例2：不同濃度酸改性高嶺土對磷的吸附能力比較：

準確稱取酸改性樣品0.5g于150mL離心管中，加入25mL磷濃度為20mg/L的模擬廢水溶液。恒溫(20±1)℃條件下，200r/min震蕩24h，4 000r/min離心10min，分離上清液，待測磷的濃度。根據(jù)始末濃度的變化，計算其吸附磷素的數(shù)量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著酸用量的增加，改性后高嶺土對磷的吸附能力呈逐漸增加趨勢(圖2)?？紤]到鹽酸的消耗成本與實際可操作性，本試驗鹽酸的最高用量為9％(V/V)。當酸用量為9％時，高嶺土對磷的吸附量為0.82mg/g，經(jīng)吸附后殘留溶液中磷濃度為3.63mg/L，其中9％酸改性高嶺土處理后廢水中磷的濃度已達到我國《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》中磷規(guī)定的排放標準(8mg/L)(圖3)。9％酸改性后高嶺石對磷的吸附性能最佳，吸附量較天然高嶺土提高了44.6％，去除率為81.9％。

實施例3：最佳濃度酸改性高嶺土對磷的吸附等溫曲線：

準確稱取最佳酸改性樣品及其天然樣品0.5g于150mL離心管中，加入50mL含磷濃度為0、3、6、10、30、50、80、100、120、140、160、180、200、400mg/L的模擬廢水溶液。恒溫(20±1)℃振蕩24h，其余步驟同上，繪制磷素等溫吸附曲線。天然高嶺土對磷的吸附隨著溶液中磷的濃度的增加，曲線斜率由大逐漸減小，最終達到平衡，顯示單分子層吸附的特征，可見，隨著高嶺土對磷吸附量的增加，其對磷的吸附親合能力逐漸降低；而酸改性高嶺土隨著磷濃度的增加，曲線斜率起先增加，之后逐漸平緩，后期開始緩慢增加并最終達到平衡，在達到平衡后再次增強，顯示出多分子層吸附特征。在磷初始濃度分別為400mg/L時，天然和酸改性高嶺土對磷的飽和吸附量分別約為0.98mg/g和2.06mg/g，表明經(jīng)酸改性后高嶺土對磷的飽和吸附量有較大程度的提高，提高了1.1倍(圖4)。

實施例4：最佳濃度酸改性高嶺土對磷的吸附動力學曲線：

準確稱取最佳酸改性樣品及其天然樣品0.5g于150mL離心管中，加入50mL磷濃度為20mg/L的模擬廢水溶液。恒溫(20±1)℃條件下，200r/min分別震蕩0、20min、40min、1h、2h、4h、6h、8h、16h、24h，其余步驟同上，繪制磷素吸附動力曲線。天然與9％酸改性高嶺土起始階段隨著反應時間的延長，對磷的吸附量隨之增加，但增加的速度逐漸降低，最后達到平衡。天然高嶺土與酸改性高嶺土反應速率均較快，進行到2h時已趨于平衡，吸附量分別為0.57mg/g和0.82mg/g(圖5)。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)，對以上實施例所作的任何簡單的修改、等同替換與改進等，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍之內(nèi)。