CN109126690A - 一种凹凸棒土的改性及其脱氮除磷方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种凹凸棒土的改性及其脱氮除磷方法，具体包括以下步骤：S1、选取原料：首先分别选取氢氧化钠溶液1‑4mol/L、待处理凹凸棒土1‑5g、氨氮磷酸盐废水80‑120ml和pH调节剂10‑30ml，S2、凹凸棒土的改性：首先将S1选取的1‑4mol/L氢氧化钠溶液倒入超声波搅拌器内，涉及非金属矿技术领域。该凹凸棒土的改性及其脱氮除磷方法，大大增强了混合效果，无需花费大量的时间进行混合搅拌处理，很好的避免由于混合不充分，使凹凸棒土改性效果较差，从而保证了废水的脱氮除磷处理，同时采用稀土吸附剂溶液的使用，实现了既快速又高效地对凹凸棒土进行混合改性处理，达到了对废水进行充分脱氮和除磷处理的目的，实用性强，易于推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及非金属矿技术领域，具体为一种凹凸棒土的改性及其脱氮除磷方法。
背景技术
凹凸棒土具有独特的层链状结构特征，在其结构中存在晶格置换，故晶体中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+，晶体呈针状，纤维状或纤维集合状，凹凸棒土具有独特的分散、耐高温、抗盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附脱色能力，并具有一定的可塑性及粘结力，凹凸棒土是一种具链、层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物，具有储量大、比表面积大的特点，同时具有非常好的吸附性、流变性，通过改性，能有效提高其脱氮除磷性能，凹凸棒土的改性方法主要包括热改性、酸碱改性、有机改性等，热改性能脱除凹凸棒土晶体结构中的表面吸附水、晶体结构内部孔道中沸石水、位于孔道边部与边缘八面体阳离子结合的结晶水或八面体层中阳离子相结合的结构水，但煅烧温度过高，会使凹凸棒土晶体结构坍塌，破坏凹凸棒土的吸附性，现有研究表明，当煅烧温度超过700℃时，凹凸棒土晶体结构坍塌，脱氮性能急速下降，而酸碱改性能疏松凹凸棒土晶体层间及孔道中含有的碳酸盐类胶结物，增大凹凸棒土的比表面积，提高其吸附性能，然而酸碱浓度过大或处理时间过长，会导致凹凸棒土晶体四面体和八面体结构的坍塌，其中大多采用碱湿法改性来对凹凸棒土进行改性处理。
目前在通过碱湿法改性来对凹凸棒土进行改性处理时，大多是直接采用磁力搅拌机来进行搅拌混合，然而，这种搅拌混合方式混合效果较差，大多需要花费较长，每次进行凹凸棒土改性处理和废水脱氮除磷处理时，都需要花费大量的时间进行混合搅拌处理，并且由于混合不充分，使凹凸棒土改性效果较差，从而影响废水的脱氮除磷处理，不能实现既快速有高效的对凹凸棒土进行混合改性处理，同时，现有在凹凸棒土进行改性工序中，也为采用石墨烯吸附剂来实现脱氮除磷，无法达到对废水进行充分脱氮和除磷处理的目的，从而给人们使用改性凹凸棒土进行废水处理的工作带来了极大的不便。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种凹凸棒土的改性及其脱氮除磷方法，解决了现有的搅拌混合方式混合效果较差，大多需要花费较长，每次进行凹凸棒土改性处理和废水脱氮除磷处理时，都需要花费大量的时间进行混合搅拌处理，并且由于混合不充分，使凹凸棒土改性效果较差，从而影响废水的脱氮除磷处理，不能实现既快速有高效的对凹凸棒土进行混合改性处理，无法达到对废水进行充分脱氮和除磷处理目的的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种凹凸棒土的改性及其脱氮除磷方法，具体包括以下步骤：
S1、选取原料：首先分别选取氢氧化钠溶液1-4mol/L、待处理凹凸棒土1-5g、氨氮磷酸盐废水80-120ml和pH调节剂10-30ml；
S2、凹凸棒土的改性：首先将S1选取的1-4mol/L氢氧化钠溶液倒入超声波搅拌器内，然后将S1选取的1-5g待处理凹凸棒土加入超声波搅拌器内进行超声波搅拌，搅拌混合完成后，对固液混合物进行离心，得到固体沉淀物，之后将得到的固体沉淀物倒入烘干机内，调节烘干温度在100-105℃内烘干10-20min，静置5-10min，记得达到改性凹凸棒土，然后将得到的改性凹凸棒土倒入马弗炉中以480-550℃条件下煅烧1-2h，得湿法改性凹凸棒土；
S3、投料混合：首先将S1选取的80-120ml氨氮磷酸盐废水置于反应器皿中，再将S2得到的湿法改性凹凸棒土加入反应器皿中，然后使用搅拌棒缓慢搅拌5-10min，完成投料混合物；
S4、pH调节：将S3的得到的投料混合物倒入超声波搅拌器内，以20-50Hz·r/min转速进行搅拌，同时将S1选取的10-30mlpH调节剂加入超声波搅拌器内，调节pH值在4-6范围内即可，完成pH调节；
S5、稀土吸附剂溶液配液：将氯化镧、氯化铈、硝酸镧、硝酸铈中的一种溶解在水中，配成浓度为0.6～0.9％的稀土离子溶液，再用NaOH和HCl调节溶液pH为8～11，即可配成稀土吸附剂溶液；
S6、脱氮和除磷处理：将S4调节完成pH值后的混合液和S5中制备的稀土吸附剂溶液以30-60Hz·r/min转速，搅拌1-2h,静止20-30min，取上清液，分别采用水杨酸分光光度法和钼锑抗分光光度法测氨氮浓度和磷酸盐浓度，最后对残留物进行烘干，收集待用。
优选的，所述步骤S5中水杨酸分光光度法的原理是：在亚硝基铁氰化钠存在下，铵与水杨酸盐和次氯酸离子反应生成蓝色化合物，在约697nm处用分光光度法加以测定。
优选的，所述步骤S5中钼锑抗分光光度法的原理：在一定酸度和锑离子存在的情况下，磷酸根与钼酸铵形成锑磷钼混合杂多酸，它在常温下可迅速被抗坏血酸还原为钼蓝，在700nm波长下测定。
优选的，所述步骤S2中氢待处理凹凸棒土和氧化钠溶液调节固水比为1:30，并以20-50Hz·r/min转速，超声波搅拌10-30min。
(三)有益效果
本发明提供了一种凹凸棒土的改性及其脱氮除磷方法。与现有技术相比具备以下有益效果：该凹凸棒土的改性及其脱氮除磷方法，通过在具体包括以下步骤：S1、选取原料：首先分别选取氢氧化钠溶液1-4mol/L、待处理凹凸棒土1-5g、氨氮磷酸盐废水80-120ml和pH调节剂10-30ml，S2、凹凸棒土的改性：首先将S1选取的1-4mol/L氢氧化钠溶液倒入超声波搅拌器内，然后将S1选取的1-5g待处理凹凸棒土加入超声波搅拌器内进行超声波搅拌，搅拌混合完成后，对固液混合物进行离心，得到固体沉淀物，之后将得到的固体沉淀物倒入烘干机内，S3、投料混合：首先将S1选取的80-120ml氨氮磷酸盐废水置于反应器皿中，再将S2得到的湿法改性凹凸棒土加入反应器皿中，然后使用搅拌棒缓慢搅拌5-10min，完成投料混合物，S4、pH调节：将S3的得到的投料混合物倒入超声波搅拌器内，以20-50Hz·r/min转速进行搅拌，同时将S1选取10-30ml的pH调节剂加入超声波搅拌器内，调节pH值在4-6范围内即可，完成pH调节，S5、脱氮和除磷处理：将S4调节完成pH值后的混合液以30-60Hz·r/min转速，搅拌1-2h,静止20-30min，取上清液，分别采用水杨酸分光光度法和钼锑抗分光光度法测氨氮浓度和磷酸盐浓度，最后对残留物进行烘干，收集待用，大大增强了混合效果，无需花费大量的时间进行混合搅拌处理，很好的避免由于混合不充分，同时采用稀土吸附剂溶液的使用，使凹凸棒土改性效果较差，从而保证了废水的脱氮除磷处理，实现了既快速有高效的对凹凸棒土进行混合改性处理，达到了对废水进行充分脱氮和除磷处理的目的，从而大大方便了人们使用改性凹凸棒土进行废水处理的工作。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供三种技术方案：一种凹凸棒土的改性及其脱氮除磷方法，具体包括以下实施例：
实施例1
S1、选取原料：首先分别选取氢氧化钠溶液2mol/L、待处理凹凸棒土3g、氨氮磷酸盐废水80-120ml和pH调节剂20ml；
S2、凹凸棒土的改性：首先将S1选取的2mol/L氢氧化钠溶液倒入超声波搅拌器内，然后将S1选取的1-5g待处理凹凸棒土加入超声波搅拌器内进行超声波搅拌，氢待处理凹凸棒土和氧化钠溶液调节固水比为1:30，并以35Hz·r/min转速，超声波搅拌20min，搅拌混合完成后，对固液混合物进行离心，得到固体沉淀物，之后将得到的固体沉淀物倒入烘干机内，调节烘干温度在102℃内烘干15min，静置7min，记得达到改性凹凸棒土，然后将得到的改性凹凸棒土倒入马弗炉中以500℃条件下煅烧1.5h，得湿法改性凹凸棒土；
S3、投料混合：首先将S1选取的100ml氨氮磷酸盐废水置于反应器皿中，再将S2得到的湿法改性凹凸棒土加入反应器皿中，然后使用搅拌棒缓慢搅拌7min，完成投料混合物；
S4、pH调节：将S3的得到的投料混合物倒入超声波搅拌器内，以35Hz·r/min转速进行搅拌，同时将S1选取的20mlpH调节剂加入超声波搅拌器内，调节pH值在5范围内即可，完成pH调节；
S5、稀土吸附剂溶液配液：将氯化镧、氯化铈、硝酸镧、硝酸铈中的一种溶解在水中，配成浓度为0.6～0.9％的稀土离子溶液，再用NaOH和HCl调节溶液pH为9，即可配成稀土吸附剂溶液；
S6、脱氮和除磷处理：将S4调节完成pH值后的混合液和S5中制备的稀土吸附剂溶液以45Hz·r/min转速，搅拌1.5h,静止25min，取上清液，分别采用水杨酸分光光度法和钼锑抗分光光度法测氨氮浓度和磷酸盐浓度，最后对残留物进行烘干，收集待用，水杨酸分光光度法的原理是：在亚硝基铁氰化钠存在下，铵与水杨酸盐和次氯酸离子反应生成蓝色化合物，在约697nm处用分光光度法加以测定，钼锑抗分光光度法的原理：在一定酸度和锑离子存在的情况下，磷酸根与钼酸铵形成锑磷钼混合杂多酸，它在常温下可迅速被抗坏血酸还原为钼蓝，在700nm波长下测定。
实施例2
S1、选取原料：首先分别选取氢氧化钠溶液1mol/L、待处理凹凸棒土1g、氨氮磷酸盐废水80ml和pH调节剂10ml；
S2、凹凸棒土的改性：首先将S1选取的1mol/L氢氧化钠溶液倒入超声波搅拌器内，然后将S1选取的1g待处理凹凸棒土加入超声波搅拌器内进行超声波搅拌，氢待处理凹凸棒土和氧化钠溶液调节固水比为1:30，并以20Hz·r/min转速，超声波搅拌10min，搅拌混合完成后，对固液混合物进行离心，得到固体沉淀物，之后将得到的固体沉淀物倒入烘干机内，调节烘干温度在100℃内烘干10min，静置5min，记得达到改性凹凸棒土，然后将得到的改性凹凸棒土倒入马弗炉中以480℃条件下煅烧1h，得湿法改性凹凸棒土；
S3、投料混合：首先将S1选取的80ml氨氮磷酸盐废水置于反应器皿中，再将S2得到的湿法改性凹凸棒土加入反应器皿中，然后使用搅拌棒缓慢搅拌5min，完成投料混合物；
S4、pH调节：将S3的得到的投料混合物倒入超声波搅拌器内，以20Hz·r/min转速进行搅拌，同时将S1选取的10mlpH调节剂加入超声波搅拌器内，调节pH值在4范围内即可，完成pH调节；
S5、稀土吸附剂溶液配液：将氯化镧、氯化铈、硝酸镧、硝酸铈中的一种溶解在水中，配成浓度为0.6～0.9％的稀土离子溶液，再用NaOH和HCl调节溶液pH为8，即可配成稀土吸附剂溶液；
S6、脱氮和除磷处理：将S4调节完成pH值后的混合液和S5中制备的稀土吸附剂溶液以30Hz·r/min转速，搅拌1h,静止20min，取上清液，分别采用水杨酸分光光度法和钼锑抗分光光度法测氨氮浓度和磷酸盐浓度，最后对残留物进行烘干，收集待用，水杨酸分光光度法的原理是：在亚硝基铁氰化钠存在下，铵与水杨酸盐和次氯酸离子反应生成蓝色化合物，在约697nm处用分光光度法加以测定，钼锑抗分光光度法的原理：在一定酸度和锑离子存在的情况下，磷酸根与钼酸铵形成锑磷钼混合杂多酸，它在常温下可迅速被抗坏血酸还原为钼蓝，在700nm波长下测定。
实施例3
S1、选取原料：首先分别选取氢氧化钠溶液4mol/L、待处理凹凸棒土5g、氨氮磷酸盐废水120ml和pH调节剂30ml；
S2、凹凸棒土的改性：首先将S1选取的4mol/L氢氧化钠溶液倒入超声波搅拌器内，然后将S1选取的5g待处理凹凸棒土加入超声波搅拌器内进行超声波搅拌，氢待处理凹凸棒土和氧化钠溶液调节固水比为1:30，并以50Hz·r/min转速，超声波搅拌30min，搅拌混合完成后，对固液混合物进行离心，得到固体沉淀物，之后将得到的固体沉淀物倒入烘干机内，调节烘干温度在105℃内烘干20min，静置10min，记得达到改性凹凸棒土，然后将得到的改性凹凸棒土倒入马弗炉中以550℃条件下煅烧2h，得湿法改性凹凸棒土；
S3、投料混合：首先将S1选取的120ml氨氮磷酸盐废水置于反应器皿中，再将S2得到的湿法改性凹凸棒土加入反应器皿中，然后使用搅拌棒缓慢搅拌10min，完成投料混合物；
S4、pH调节：将S3的得到的投料混合物倒入超声波搅拌器内，以50Hz·r/min转速进行搅拌，同时将S1选取的30mlpH调节剂加入超声波搅拌器内，调节pH值在6范围内即可，完成pH调节；
S5、稀土吸附剂溶液配液：将氯化镧、氯化铈、硝酸镧、硝酸铈中的一种溶解在水中，配成浓度为0.6～0.9％的稀土离子溶液，再用NaOH和HCl调节溶液pH为11，即可配成稀土吸附剂溶液；
S5、脱氮和除磷处理：将S4调节完成pH值后的混合液和S5中制备的稀土吸附剂溶液以60Hz·r/min转速，搅拌2h,静止30min，取上清液，分别采用水杨酸分光光度法和钼锑抗分光光度法测氨氮浓度和磷酸盐浓度，最后对残留物进行烘干，收集待用，水杨酸分光光度法的原理是：在亚硝基铁氰化钠存在下，铵与水杨酸盐和次氯酸离子反应生成蓝色化合物，在约697nm处用分光光度法加以测定，钼锑抗分光光度法的原理：在一定酸度和锑离子存在的情况下，磷酸根与钼酸铵形成锑磷钼混合杂多酸，它在常温下可迅速被抗坏血酸还原为钼蓝，在700nm波长下测定。
综合以上实施例可知，实施例1所得到改性凹凸棒土脱氮除磷效果最好，脱氮除磷效率最高可达83％。
通过上述实验得出：稀土吸附剂溶液对磷的吸附容量比现有技术采用沸石来对磷的吸附能力具有较大的提高，具体提高数据是由原先的2mg/g提高到25mg/g；当进水氨氮10mg/L、磷5mg/L、pH 4～7时，经稀土吸附剂处理后的出水pH 6～9、氮磷的去除率分别达到80％和99％；当稀土吸附剂再生10次时，脱氮效率是新鲜稀土吸附剂的90％，除磷效率则为80％，有效提高了凹凸棒土性能。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种凹凸棒土的改性及其脱氮除磷方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、选取原料：首先分别选取氢氧化钠溶液1-4mol/L、待处理凹凸棒土1-5g、氨氮磷酸盐废水80-120ml和pH调节剂10-30ml；
S2、凹凸棒土的改性：首先将S1选取的1-4mol/L氢氧化钠溶液倒入超声波搅拌器内，然后将S1选取的1-5g待处理凹凸棒土加入超声波搅拌器内进行超声波搅拌，搅拌混合完成后，对固液混合物进行离心，得到固体沉淀物，之后将得到的固体沉淀物倒入烘干机内，调节烘干温度在100-105℃内烘干10-20min，静置5-10min，然后将得到的改性凹凸棒土倒入马弗炉中以480-550℃条件下煅烧1-2h，得湿法改性凹凸棒土；
S3、投料混合：首先将S1选取的80-120ml氨氮磷酸盐废水置于反应器皿中，再将S2得到的湿法改性凹凸棒土加入反应器皿中，然后使用搅拌棒缓慢搅拌5-10min，完成投料混合物；
S4、pH调节：将S3的得到的投料混合物倒入超声波搅拌器内，以20-50Hz·r/min转速进行搅拌，同时将S1选取的10-30mlpH调节剂加入超声波搅拌器内，调节pH值在4-6范围内即可，完成pH调节；
S5、稀土吸附剂溶液配液：将氯化镧、氯化铈、硝酸镧、硝酸铈中的一种溶解在水中，配成浓度为0.6～0.9％的稀土离子溶液，再用NaOH和HCl调节溶液pH为8～11，即可配成稀土吸附剂溶液；
S6、脱氮和除磷处理：将S4调节完成pH值后的混合液和S5中制备的稀土吸附剂溶液以30-60Hz·r/min转速，搅拌1-2h,静止20-30min，取上清液，分别采用水杨酸分光光度法和钼锑抗分光光度法测氨氮浓度和磷酸盐浓度，最后对残留物进行烘干，收集待用。
2.根据权利要求1所述的一种凹凸棒土的改性及其脱氮除磷方法，其特征在于：所述步骤S6中水杨酸分光光度法的原理是：在亚硝基铁氰化钠存在下，铵与水杨酸盐和次氯酸离子反应生成蓝色化合物，在约697nm处用分光光度法加以测定。
3.根据权利要求1所述的一种凹凸棒土的改性及其脱氮除磷方法，其特征在于：所述步骤S6中钼锑抗分光光度法的原理：在一定酸度和锑离子存在的情况下，磷酸根与钼酸铵形成锑磷钼混合杂多酸，它在常温下可迅速被抗坏血酸还原为钼蓝，在700nm波长下测定。
4.根据权利要求1所述的一种凹凸棒土的改性及其脱氮除磷方法，其特征在于：所述步骤S2中氢待处理凹凸棒土和氧化钠溶液调节固水比为1:30，并以20-50Hz·r/min转速，超声波搅拌10-30min。
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