本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及將鎳鐵二元水滑石作吸附劑去除廢水中的磷酸鹽的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

磷是構(gòu)成生命體最基本的元素，是支撐人類(lèi)社會(huì)得以發(fā)展的主要基礎(chǔ)物質(zhì)之一。而磷在自然界的流動(dòng)是單向的，磷是一種不可自然再生的資源。根據(jù)有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，全世界已探明的磷儲(chǔ)量?jī)H夠人類(lèi)使用不足100年。生活污水和工業(yè)廢水中含有大量的磷元素，這些磷元素不受節(jié)制的排放，不僅會(huì)造成嚴(yán)重的生態(tài)危機(jī)(水體富營(yíng)養(yǎng)化)，而且浪費(fèi)了寶貴的磷資源，長(zhǎng)久下去甚至?xí)?dǎo)致“磷危機(jī)”。因此，在污、廢水排放前有效地除磷和實(shí)現(xiàn)磷資源的回收，是控制水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要手段，也是建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會(huì)的必然要求。

目前常用的除磷方法主要有化學(xué)沉淀法、微生物法、吸附法等?；瘜W(xué)沉淀法是通過(guò)向水體中投加化學(xué)藥劑形成不溶性磷酸鹽沉淀，然后通過(guò)固液分離的方式將磷元素從污水中除去。微生物法的主要原理是：聚磷微生物能夠在好氧段根據(jù)其生理需求吸收磷元素，并將其以聚合磷的形式儲(chǔ)存在體內(nèi)，形成聚磷污泥，實(shí)現(xiàn)從污水中除去磷元素?；瘜W(xué)沉淀法和微生物法都產(chǎn)生大量無(wú)用且易造成二次污染的底泥，目前雖然有辦法從這些底泥中回收磷資源，但效費(fèi)比很低，不利于推廣應(yīng)用。吸附法可以用來(lái)處理低污染物含量水體中的溶質(zhì)污染物，具有高效低耗的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)解吸處理還可以多次重復(fù)使用吸附劑以及達(dá)到磷資源回收的目的。

層狀水滑石納米材料是由帶正電荷的主體層板(金屬氫氧化物)和層間陰離子通過(guò)非共價(jià)鍵的相互作用組裝而成的。水滑石的層狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其層間陰離子可與多種陰離子，包括無(wú)機(jī)、有機(jī)以及配位化合物的陰離子進(jìn)行交換。目前已有基于水滑石的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合成的除磷劑的報(bào)到，但是其吸附效果比較差，一般只有(20-30)mg/ml。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明采用一種簡(jiǎn)便制備方法制備高性能吸附劑，其吸附磷酸鹽的能力達(dá)到273mg/g，通過(guò)相應(yīng)的解析手段可以實(shí)現(xiàn)吸附劑的多次重復(fù)利用以及磷資源的有效回收，顯示出巨大的應(yīng)用潛能和較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于鎳鐵二元水滑石(ldh)的高效除磷劑。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

a.制備反應(yīng)液：將硝酸鎳和硝酸鐵的混合溶液與碳酸鈉和氫氧化鈉的混合溶液同時(shí)滴加到去離子水中，其中所述的硝酸鎳和硝酸鐵的混合溶液中鎳離子與鐵離子的摩爾比為(1.5-4):1，所述的碳酸鈉和氫氧化鈉的混合溶液中碳酸根與氫氧根的摩爾比為(1-4):1；

b.共沉淀反應(yīng)：上述反應(yīng)液以(0.5-20)ml/min滴加速度，去離子水的ph控制在6-11；

c.離心濃縮上述鎳鐵二元水滑石懸浮液，然后干燥底部沉淀，得到粉末狀的鎳鐵二元水滑石；

d.吸附反應(yīng)：按吸附劑與廢水中所含磷酸根的質(zhì)量比為(0.4-5)：1的比例，將該吸附劑加入到廢水溶液中，磁力攪拌，在25℃溫度下反應(yīng)3-5h達(dá)到吸附平衡，濾出吸附劑，該方法適用于磷酸根的濃度為(1-10)mg/ml的廢水水溶液。

優(yōu)選地，所述在磷酸根的濃度為(1-5)mg/ml的廢水中，投加(2-100)mg/l的鎳鐵比為1.5:1的二元水滑石，吸附劑的最大吸附量達(dá)到273mg/g。

本發(fā)明通過(guò)物理與化學(xué)作用相結(jié)合的方法，通過(guò)調(diào)節(jié)鎳與鐵元素的比例，實(shí)現(xiàn)最大程度的吸附去除磷酸鹽，再通過(guò)相應(yīng)的解析操作，實(shí)現(xiàn)磷酸鹽的有效回收。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1得到的ni1.5fe-ldh吸附5mg/ml磷酸根的動(dòng)力學(xué)曲線圖。

圖2是實(shí)施例2得到的ni4fe-ldh吸附100mg/ml磷酸根的動(dòng)力學(xué)曲線圖。

圖3是實(shí)施例3得到的ni1.5fe-ldh重復(fù)吸附-脫吸附操作6次的吸附磷酸根的吸附效率圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

制備ni1.5fe-ldh及磷酸根的吸附性能測(cè)試

將34.92g的硝酸鎳和32.32g的硝酸鐵溶解到200ml的水中，命名為溶液a。將42.4g的碳酸鈉和4g的氫氧化鈉溶解到200ml的水中，命名為溶液b。將溶液a和溶液b以0.5ml/min的速度同時(shí)滴加到脫二氧化碳的去離子水中，形成反應(yīng)液，通過(guò)調(diào)節(jié)溶液a和溶液b的滴加速度，將去離子水的ph始終保持在(6±0.3)，滴加完在室溫條件下晶化6h，離心干燥，得到粉末狀的ni1.5fe-ldh。

將0.8g的ni1.5fe-ldh分散的200ml的脫二氧化碳的去離子水中，混合攪拌均勻，然后加入磷酸根的含量為2g的磷酸二氫鉀，混合均勻后，每隔20min開(kāi)始定時(shí)抽取少量反應(yīng)液，過(guò)濾得到上層清液，用電感耦合等離子體光譜儀測(cè)磷酸根的剩余含量，通過(guò)換算，計(jì)算出吸附劑吸附磷酸根的量。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖1，由圖1可以看出在1h時(shí)達(dá)到吸附平衡，平衡時(shí)的吸附量為273mg/g。

實(shí)施例2

制備ni4fe-ldh及磷酸根的吸附性能測(cè)試

將93.12g的硝酸鎳和32.32g的硝酸鐵溶解到200ml的水中，命名為溶液a。將10.599g的碳酸鈉和4g的氫氧化鈉溶解到200ml的水中，命名為溶液b。將溶液a和溶液b以20ml/min的速度同時(shí)滴加到脫二氧化碳的去離子水中，形成反應(yīng)液，通過(guò)調(diào)節(jié)溶液a和溶液b的滴加速度，將去離子水的ph始終保持在(11±0.3)，滴加完在室溫條件下晶化6h，離心干燥，得到粉末狀的ni4fe-ldh。

將1g的ni4fe-ldh分散的200ml的脫二氧化碳的去離子水中，混合攪拌均勻，然后加入磷酸根的含量為0.2g的磷酸二氫鉀，混合均勻后，每隔1.5h開(kāi)始定時(shí)抽取少量反應(yīng)液，過(guò)濾得到上層清液，用電感耦合等離子體光譜儀測(cè)磷酸根的剩余含量，通過(guò)換算，計(jì)算出吸附劑吸附磷酸根的量。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖2，由圖2可以看出在5h時(shí)達(dá)到吸附平衡，平衡時(shí)的吸附量為126mg/g。

實(shí)施例3

在實(shí)施列1吸附實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將吸附有磷酸根的水滑石浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的氫氧化鈉水溶液中8h(解吸附操作)，然后將水滑石濾出干燥，重復(fù)實(shí)施例1的吸附實(shí)驗(yàn)，再重復(fù)解吸附操作。表1是ni1.5fe-ldh每次吸附磷酸根的量，圖3是ni1.5fe-ldh的每次的吸附效率，將ni1.5fe-ldh第一次吸附磷酸根的能力定義為100％。由圖3可以看出在重復(fù)6次后ni1.5fe-ldh的吸附效率仍達(dá)到60％。

表1。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于鎳鐵二元水滑石的除磷劑。其特征在于：鎳鐵的比為(1.5?4):1，其吸附磷酸根的量為(126?273)mg/g。其制備方法包括以下步驟：(a)制備反應(yīng)液：將硝酸鎳和硝酸鐵的混合溶液與碳酸鈉和氫氧化鈉的混合溶液同時(shí)滴加到去離子水中，其中所述的硝酸鎳和硝酸鐵的混合溶液中鎳離子與鐵離子的摩爾比為(1.5?4):1，所述的碳酸鈉和氫氧化鈉的混合溶液中碳酸根與氫氧根的摩爾比為(1?4):1；(b)共沉淀反應(yīng)，上述反應(yīng)液的滴加速度為(0.5?20)mL/min，去離子水的pH控制在6?11。

技術(shù)研發(fā)人員：許秋瑾;王成
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.21
技術(shù)公布日：2017.10.17