一种脱氮除磷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了属于水污染控制技术领域的一种脱氮除磷材料及其制备方法。所述脱氮除磷材料，按质量份数包括如下原料：还原铁粉30‑60份，活性炭粉5‑20份，膨润土20‑40份，催化剂0.5‑5份，造孔剂5‑20份，除磷剂2‑25份。本发明专利技术的脱氮除磷材料可用于去除水体中的氮磷，化学催化还原硝酸盐氮，高效且选择性地生成期望产物氮气，避免造成二次污染，出水不需再处理，工艺简单，降低处理所需成本。

A Nitrogen and Phosphorus Removal Material and Its Preparation Method

The invention discloses a nitrogen and phosphorus removal material and a preparation method belonging to the field of water pollution control technology. The denitrification and phosphorus removal materials include the following raw materials according to their mass fractions: 30 to 60 reduced iron powder, 5 to 20 activated carbon powder, 20 to 40 bentonite, 0.5 to 5 catalysts, 5 to 20 pore-forming agents and 2 to 25 dephosphorizers. The nitrogen and phosphorus removal material of the invention can be used for removing nitrogen and phosphorus in water body, reducing nitrate nitrogen by chemical catalysis, generating desired product nitrogen efficiently and selectively, avoiding secondary pollution, requiring no further treatment of effluent, having simple process and reducing treatment cost.

【技术实现步骤摘要】
一种脱氮除磷材料及其制备方法
本专利技术属于水污染控制
，具体涉及一种脱氮除磷材料及其制备方法。
技术介绍
营养元素氮磷等的高效去除是许多污染水体治理面临的环境问题之一。生物脱氮是目前国内外广泛应用的脱氮技术，它一般包括微生物的硝化和反硝化两个过程。反硝化微生物需要一定量有机碳存在条件下才能完成反硝化脱氮过程。理论上，当C/N等于或大于2.86，才能完全反硝化，否则需要外加碳源。因此，当污水或水体中C/N比比较低时，反硝化脱氮过程往往受到限制。利用铁与碳间较大的电位差，构建铁碳微电解系统，阳极铁被氧化失去电子，阴极氢质子接受电子还原成H2，H2作为电子供体，NO3-作为电子受体，可实现还原脱氮。但是，直接用铁和碳材料混合填装构成的微电解系统，在废水净化过程中往往会发生铁腐蚀和板结，而造成效率低下。此外，铁碳微电解系统在还原硝态氮的过程中往往会产生一定量的氨氮，造成水体二次污染。因此，如何提高铁碳微电解系统脱氮过程的氮气选择性，及抗腐蚀板结性能，是该项技术应用的关键。磷是往往与氮伴生的营养元素，磷的去除主要有生物除磷和化学除磷法。铁碳原电池可以通过内部微电解作用、氧化作用等被腐蚀，腐蚀产生的Fe2+、Fe3+以及它们的水解产物Fe(OH)2、Fe(OH)3等具有较强的卷扫、絮凝、沉淀等作用，能与带相反电荷的离子、胶体等物质发生沉降作用，降低水中磷含量。虽然铁碳微电解具有一定除磷效果，但能力有限，目前铁碳材料主要用于废水中有机物的氧化及硝酸盐氮的还原。因此有必要进一步研发构建具有抗板结性能好、脱氮效率高且无二次污染、除磷容量大的铁碳改性水质净化材料，实现污染水体中营养元素氮和磷的同步高效去除。
技术实现思路
为了克服现有技术中的问题，本专利技术提供一种新的高效的具有同步还原脱氮及高效除磷材料及其制备方法，用于水质净化。为此本专利技术的技术方案如下：一种脱氮除磷材料，按质量份数包括如下原料：还原铁粉30-60份，活性炭粉5-20份，膨润土20-40份，催化剂0.5-5份，造孔剂5-20份，除磷剂2-25份。上述脱氮除磷材料中，优选的，按质量份数包括如下原料：还原铁粉30-50份，活性炭粉10-20份，膨润土20-35份，催化剂0.5-3份，造孔剂7-20份，除磷剂5-20份。上述脱氮除磷材料中，最优选的，按质量份数包括如下原料：还原铁粉35-45份，活性炭粉11-15份，膨润土30-35份，催化剂1-2份，造孔剂8-10份，除磷剂5-10份。上述脱氮除磷材料中，所述催化剂为Cu、Sn、Ni、In中的一种或多种的组合。上述脱氮除磷材料中，所述造孔剂为聚乙二醇、碳酸钙，优选的，所述造孔剂为聚乙二醇，其中可以选择聚乙二醇-200、聚乙二醇-300、聚乙二醇-400或聚乙二醇-600。上述脱氮除磷材料中，所述除磷剂为焙烧态类水滑石，优选的，所述除磷剂为Mg-Al、Zn-Al、Ni-Al、Mg-Fe、Zn-Fe、Ni-Fe、Co-Fe类水滑石中的一种或多种的组合。上述脱氮除磷材料的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：(1)将特定质量份的原料加入适量的水搅拌混合均匀，然后造粒；(2)将制备好的颗粒干燥后烧结，冷却后得到产品。上述制备方法中，造孔剂的加入方式为：将造孔剂于少量水中稀释，然后加入混合均匀的其他原料中。上述制备方法中，所述干燥的方法为：在温度为90-110℃条件下，真空干燥1-3h。上述制备方法中，所述颗粒的粒径为3-20mm。上述制备方法中，所述烧结的方法为：惰性气体作为保护气的环境下，先在300-500℃保温30-60min，接着升温到800-1100℃保温60-150min，然后随炉冷到200℃，最后自然冷却到室温。本专利技术的脱氮除磷材料可用于去除水体中的氮磷，化学催化还原硝酸盐氮，高效且选择性地生成期望产物氮气，避免造成二次污染，出水不需再处理，工艺简单，降低处理所需成本。本专利技术的脱氮除磷材料利用零价铁和活性炭形成的微电解体系，可加速电子转移，加速硝酸盐氮的还原去除，加入造孔剂之后，增加了材料的孔隙率，为反应提供更多位点。微电解产生的Fe2+、Fe3+以及它们的水解产物Fe(OH)2、Fe(OH)3可以去除磷酸盐。该材料对于低C/N比的污水或污染水体中氮磷营养元素的深度脱除，具有显著优势，脱氮效果好，不产生二次污染，磷吸附量大，持续再生利用效果好，是一种高效绿色的水处理技术材料。本专利技术制备的脱氮除磷材料除磷吸附量可达到1.5-2mg/g，脱氮速率可达到0.5-1.5mg/h，硝氮去除率达85％以上，生成氮气比率达75％以上，生成氮气选择能力强。本专利技术的上述材料利用铁碳为主体材料，通过加入催化剂、造孔剂、高效除磷材料，在一定的条件下烧结形成具有较高的氮选择去除速率、磷去除容量及抗板结性能优异的脱氮除磷材料。该材料中的催化剂，例如铜、锡、镍、铟等可以提高产物的选择性，减少氨氮的产生；类水滑石具有水镁石的层状结构，合成过程中二价和三价金属离子同晶置换引起层板呈净正电性，大量阴离子插入至类水滑石层间，这部分阴离子在水环境中可与其他阴离子进行交换，从而使类水滑石具有吸附阴离子的功能。焙烧后的类水滑石具有“结构记忆效应”，在水环境中可重新吸收阴离子，平衡层板阳离子所带正电荷，恢复类水滑石的结构，增加表面积，使其具备更多的孔隙结构；造孔剂提升了铁碳材料的孔隙度和比表面积，为反应体系提供更多活性位点，加快反应速率。基于以上原理制备的水质净化材料，能够同步高效脱氮除磷，对于低C/N比污染水体的营养元素深度去除具有重要意义。附图说明：图1是实施例1中制备的脱氮除磷材料脱氮的效果。图2是实施例1中制备的脱氮除磷材料除磷的效果。具体实施方式：下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围，任何人在本专利技术的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或成分比例上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本专利技术的保护范围内。本专利技术中所使用的材料和装置，如无特殊说明，均为市售。实施例1脱氮除磷材料的制备按照质量比：还原铁粉：活性炭粉：膨润土：铜粉：焙烧态Mg-Al类水滑石：PEG-200为40.25：12.75：25：2：10：10称取原料(可以按g或kg称取)，将铁粉、活性炭粉、膨润土、铜粉和类水滑石混合均匀。将PEG-200于少量去离子水中稀释，降低粘稠度，加入混合均匀的铁粉等原料中。加入适量去离子水搅拌至适合造粒，制备成粒径8mm的颗粒。制备好的颗粒放入真空干燥箱中在105℃干燥2h。之后把材料放入真空管式炉中，在氮气作保护气的环境下，先在300℃保温30min，接着升温到1000℃保温120min，最后随炉冷到200℃，自然冷却到室温，烧结过程中持续通入氮气，维持厌氧环境，避免铁和活性炭被氧化，将制备好的材料放入干燥器中备用。将上述制备的材料用于脱氮实验时，配制的硝酸盐氮初始浓度为15mg/L，反应4h，2h可脱除95％的硝氮，氮气选择性达83％以上，附图1为脱氮除磷材料随时间变化的脱除各种氮的效果。称取一定量的材料置于锥形瓶中，加入一定浓度的含磷溶液，间隔一定时间间隔取样测定，进行等温吸附除磷实验，根据朗格缪尔等温吸附方程计算得到最大吸附容量为1.7mg/g本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脱氮除磷材料，其特征在于，按质量份数包括如下原料：还原铁粉30‑60份，活性炭粉5‑20份，膨润土20‑40份，催化剂0.5‑5份，造孔剂5‑20份，除磷剂2‑25份。

【技术特征摘要】
1.一种脱氮除磷材料，其特征在于，按质量份数包括如下原料：还原铁粉30-60份，活性炭粉5-20份，膨润土20-40份，催化剂0.5-5份，造孔剂5-20份，除磷剂2-25份。2.根据权利要求1所述的脱氮除磷材料，其特征在于，按质量份数包括如下原料：还原铁粉30-50份，活性炭粉10-20份，膨润土20-35份，催化剂0.5-3份，造孔剂7-20份，除磷剂5-20份。3.根据权利要求2所述的脱氮除磷材料，其特征在于，按质量份数包括如下原料：还原铁粉35-45份，活性炭粉11-15份，膨润土30-35份，催化剂1-2份，造孔剂8-10份，除磷剂5-10份。4.根据权利要求1-3任一项所述的脱氮除磷材料，其特征在于，所述催化剂为Cu、Sn、Ni、In中的一种或多种的组合。5.根据权利要求1-3任一项所述的脱氮除磷材料，其特征在于，所述造孔剂为聚乙二醇、碳酸钙，优选的，所述造孔剂为聚乙二醇。6.根据权利要求1-3任一项所述的脱氮除磷材料，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：全向春，陈亮，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11