本發(fā)明屬于生態(tài)污染控制工程領(lǐng)域，尤其涉及浸漬法改性碳纖維負(fù)載鑭復(fù)合材料用于富營(yíng)養(yǎng)化水體中磷吸附與資源化利用技術(shù)。

背景技術(shù)：

1、磷，自然界中人類生活生產(chǎn)必不可少的重要元素之一，對(duì)生命活動(dòng)具有極其重要的意義，是地球生命的重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。然而，過(guò)量的磷會(huì)引起水體富營(yíng)養(yǎng)化并對(duì)湖泊、水庫(kù)等生態(tài)系統(tǒng)的平衡造成破壞。淡水湖泊越來(lái)越容易受到氣候變化等全球變化的影響，以及人類活動(dòng)導(dǎo)致的營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷上升的壓力，威脅著未來(lái)的水和糧食安全。

2、在地表水中，磷濃度超過(guò)0.05mg/l就會(huì)造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，而磷肥的使用和含磷廢水的排放是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要原因之一。富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重時(shí)發(fā)生“水華”和產(chǎn)生的藻毒素，給水資源的利用造成破壞，給湖泊水環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重的不良后果。湖泊和水庫(kù)是其流域水文循環(huán)的一部分。湖泊與大氣、地下水和地表水之間不斷交換通量。湖泊在大陸流域的生物地球化學(xué)循環(huán)中發(fā)揮著重要作用。有兩個(gè)過(guò)程驅(qū)動(dòng)這些生物地球化學(xué)循環(huán)，特別是碳、氮和磷循環(huán)：初級(jí)生產(chǎn)和顆粒物質(zhì)的沉降。因此，湖泊中磷的控制對(duì)于富營(yíng)養(yǎng)化水體修復(fù)具有重要意義。

3、傳統(tǒng)的除磷方法主要分為生物除磷、生態(tài)除磷和化學(xué)除磷。在污水凈化工藝中，生物除磷主要是通過(guò)微生物厭氧釋磷—好氧過(guò)量吸磷，將其轉(zhuǎn)化為細(xì)胞體內(nèi)的聚合磷酸鹽，從而形成富含磷的生物污泥，通過(guò)沉淀從系統(tǒng)中排出這種富磷污泥，達(dá)到除磷效果。生物除磷涉及多種影響因素，如溶解氧(do)、溫度、生物需氧量(bod)等，導(dǎo)致處理和回收效果極不穩(wěn)定，性能波動(dòng)較大。生態(tài)除磷一般以生態(tài)塘工藝為代表，通過(guò)種植高大的景觀植被，將污水中的磷同化吸收為植株的生物量，實(shí)現(xiàn)磷的凈化。該工藝需要適時(shí)對(duì)景觀植被進(jìn)行收割管理，并且需考慮先鋒物種合理配置以實(shí)現(xiàn)季節(jié)輪作。相比之下，包括化學(xué)吸附、化學(xué)沉淀、離子交換等在內(nèi)的化學(xué)除磷方法，因其易于操作、成本低廉，而成為水凈化工藝中的優(yōu)先選擇。此外，化學(xué)除磷比生物除磷效率具有效率更高、效果更穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。在生物處理無(wú)法達(dá)標(biāo)時(shí)，通常采取化學(xué)強(qiáng)化除磷對(duì)污水中的磷進(jìn)行深度去除。

4、然而，在自然水體修復(fù)中，傳統(tǒng)的除磷技術(shù)方案受限較大。首先，生物生態(tài)除磷必須通過(guò)轉(zhuǎn)移剩余污泥或植株收割才能實(shí)現(xiàn)磷去除，由于磷屬于沉積型元素，自然水體的磷去除必須通過(guò)清淤、或大型水生植被的適時(shí)收割方可實(shí)現(xiàn)，成本和管護(hù)要求較高。且如果外源污染較重，水體中底泥將在短期內(nèi)再次被污染，因此國(guó)內(nèi)多數(shù)湖泊的清淤工程的效果維持時(shí)間通常較短，一般一個(gè)月到一兩年不等。過(guò)高的外部污染沖擊，也不利于大型水生植被的恢復(fù)和生長(zhǎng)，因而生態(tài)除磷的效果也非常有限。自然水體中的化學(xué)除磷一般通過(guò)投加鈍化材料，使水體和沉積物中的磷形成穩(wěn)定化合物，實(shí)現(xiàn)磷的原位固定，以限制沉積物中磷向上覆水釋放，因而成為原位化學(xué)鈍化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種自然水體磷吸附技術(shù)，是基于化學(xué)吸附除磷，利用吸附劑(活性炭纖維)提供較大的比表面積和較強(qiáng)的表面活性，通過(guò)將具有磷親和力的金屬(鑭)負(fù)載在吸附材料上，實(shí)現(xiàn)磷在吸附劑表面的附著吸附、離子交換或表面沉淀過(guò)程，將磷從水體中去除。通過(guò)固相吸附及其解吸，實(shí)現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化水體中磷的去除和資源化回收。

2、本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種改性碳纖維負(fù)載鑭復(fù)合材料在作為磷吸附劑方面的應(yīng)用。

4、上述應(yīng)用中：所述的復(fù)合材料在吸附富營(yíng)養(yǎng)化水體中磷的應(yīng)用。

5、上述應(yīng)用中：所述改性碳纖維負(fù)載鑭復(fù)合材料的制備方法如下：在硝酸鑭溶液中加入氫氧化鈉并混勻進(jìn)行反應(yīng)，出現(xiàn)沉淀后進(jìn)行超聲并加入碳纖維再次超聲，之后依次進(jìn)行水洗、干燥和煅燒后即可得到改性碳纖維負(fù)載鑭復(fù)合材料。

6、上述催化劑的制備方法中：煅燒的溫度為350～450℃，煅燒的時(shí)間為2～3h。

7、上述催化劑的制備方法中：改性碳纖維負(fù)載鑭復(fù)合材料以碳纖維為載體，鑭為活性組分，碳纖維和鑭元素的質(zhì)量比為1：5。

8、在一些更為具體的技術(shù)方案中，改～性碳纖維負(fù)載鑭復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟：

9、步驟一，取適量的硝酸鑭溶于純水，定容至相應(yīng)體積；

10、步驟二，加入氫氧化鈉并用磁力攪拌器攪拌，直至出現(xiàn)沉淀，形成懸浮液；

11、步驟三，將懸浮液放入超聲波清洗機(jī)進(jìn)行超聲，分散懸浮液；

12、步驟四，加入適量的碳纖維材料再次超聲，水洗碳纖維材料至中性；

13、步驟五，材料洗至中性后置于烘箱內(nèi)烘干，并在馬弗爐中煅燒2h，冷卻煅燒產(chǎn)物得到改性碳纖維負(fù)載鑭復(fù)合材料。

14、較佳的，所述步驟一中，加入21.58g六水合硝酸鑭，溶于500ml純水中，鑭濃度為0.1mol/l。

15、較佳的，所述步驟二中，加入適量0.1mol/l的氫氧化鈉溶液并不斷攪拌，直至出現(xiàn)沉淀并調(diào)節(jié)ph至10，后繼續(xù)攪拌，直至懸浮液均勻分布于燒杯中。

16、較佳的，所述步驟三中，超聲頻率為100hz，時(shí)間為10min，將懸浮液分散。

17、較佳的，所述步驟四中，將碳纖維材料剪至2～3cm，5g，放入懸浮液中，繼續(xù)超聲，超聲頻率為100hz，時(shí)間10min。

18、較佳的，所述步驟五中，烘箱溫度為80℃，烘干6h；馬弗爐溫度為350～450℃，煅燒時(shí)間為2～3h。

19、本發(fā)明的有益效果：

20、1、碳纖維作為復(fù)合材料的載體，材料表面具有更多吸附活性位點(diǎn)，從而提高吸附性能；2、碳纖維本身對(duì)磷有吸附性能，經(jīng)浸漬法改性后，吸附容量增大；

21、3、所制備的碳纖維負(fù)載鑭復(fù)合材料，具有對(duì)磷酸鹽吸附容量高、吸附性能不受其他陰離子影響、可循環(huán)使用、制備過(guò)程簡(jiǎn)單且成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在治理富營(yíng)養(yǎng)化水體方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種改性碳纖維負(fù)載鑭復(fù)合材料在作為磷吸附劑方面的應(yīng)用。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于：所述的復(fù)合材料在吸附富營(yíng)養(yǎng)化水體中磷的應(yīng)用。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于：所述改性碳纖維負(fù)載鑭復(fù)合材料的制備方法如下：在硝酸鑭溶液中加入氫氧化鈉并混勻進(jìn)行反應(yīng)，出現(xiàn)沉淀后進(jìn)行超聲并加入碳纖維再次超聲，之后依次進(jìn)行水洗、干燥和煅燒后即可得到改性碳纖維負(fù)載鑭復(fù)合材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征在于：煅燒的溫度為350～450℃，煅燒的時(shí)間為2～3h。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征在于：改性碳纖維負(fù)載鑭復(fù)合材料以碳纖維為載體，鑭為活性組分，碳纖維和硝酸鑭元素的質(zhì)量為1：2～5。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征在于：干燥的溫度為70～80℃，干燥時(shí)間為5～6h。

技術(shù)總結(jié)
一種改性碳纖維負(fù)載鑭復(fù)合材料在作為磷吸附劑方面的應(yīng)用，屬于生態(tài)污染控制工程領(lǐng)域，尤其涉及浸漬法改性碳纖維負(fù)載鑭復(fù)合材料用于富營(yíng)養(yǎng)化水體中磷吸附與資源化利用技術(shù)。所制備的碳纖維負(fù)載鑭復(fù)合材料，具有對(duì)磷酸鹽吸附容量高、吸附性能不受其他陰離子影響、可循環(huán)使用、制備過(guò)程簡(jiǎn)單且成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在治理富營(yíng)養(yǎng)化水體方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：趙賢廣,陳安童,張鵬,楊瑾晟,吳月,夏江楠,趙浩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9