一种固定厌氧湖泊底泥磷酸盐的绿锈材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于污水处理技术领域，具体公开了一种固定厌氧湖泊底泥磷酸盐的绿锈材料及其制备方法与应用。所述方法包括如下步骤：搅拌Fe(OH)

【技术实现步骤摘要】
一种固定厌氧湖泊底泥磷酸盐的绿锈材料及其制备方法与应用
本专利技术属于污水处理
，特别涉及一种固定厌氧湖泊底泥磷酸盐的绿锈材料及其制备方法与应用。
技术介绍
磷(P)是所有生物必需的营养物质，但当水生环境中磷含量过高，会导致水体富营养化，引发水体藻类大量繁殖，破坏水体生态平衡。已有研究表明，由不同矿物组成的湖泊沉积物，如Fe/Al氧化物，这些矿物的表面通过离子交换能够与P结合，可以固定水体中的P，尤其是Fe(III)氧化物在固定水体中P起到关键作用。然而，一方面水体沉积物中铁铝矿物含量低，对P的固定作用有限，另一方面在富铁缺氧沉积物中厌氧微生物驱动的铁氧化物中Fe(III)还原成Fe(Ⅱ)的过程经常发生，导致Fe(III)氧化物溶解，将P再次释放到水体中。因此，如何高效稳定的固定水体中P污染已经成为一个亟待解决的重大环境问题。对于水体磷污染的修复，已有多种方法应用，例如采用了泥沙疏浚、底泥氧合、金属氧化物化学处理等多种方法去除/固定沉积物中的磷，但是添加磷吸附剂到湖泊中是湖泊富营养化修复的最重要和最有效的途径。铁基吸附剂由于具有较高的P吸附容量、快速的P吸附动力学、低成本和环境友好性而受到人们的广泛关注。其中在沉积物中添加铁盐、铁氧化物和铁矿物是控制地表水富营养化的最广泛应用方法。然而，在缺氧沉积物环境中，这些铁基吸附剂通过微生物驱动的铁还原溶解是不可避免的，会导致被固定的P再次释放，从而削弱了对水体中磷长期稳定的固定。因此开发出一种高效稳定修复水体中磷的新方法是解决湖泊(水库)中P超标的关键。
技术实现思路
为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种固定厌氧湖泊底泥磷酸盐的绿锈材料的制备方法。本专利技术另一目的在于提供上述方法制备得到的一种固定厌氧湖泊底泥磷酸盐的绿锈材料。本专利技术再一目的在于提供上述固定厌氧湖泊底泥磷酸盐的绿锈材料在固定厌氧湖泊底泥磷酸盐中的应用。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种固定厌氧湖泊底泥磷酸盐的绿锈材料的制备方法，包括如下步骤：搅拌Fe(OH)2悬浊液，使Fe(OH)2氧化并得到含有Fe(OH)2和Fe(OH)3的悬浊液；然后在无氧环境中继续搅拌去除悬浊液中的O2，再将悬浊液过滤洗涤后即得到绿锈材料。所述Fe(OH)2悬浊液优选为通过将NaOH溶液与二价铁盐混合得到。所述二价铁盐为FeCl2·4H2O和FeSO4·7H2O中的至少一种。所述NaOH溶液的浓度无特殊要求，优选为0.5～2M；所述NaOH溶液中NaOH与二价铁盐的摩尔比为1～5，优选为1.25～1.6。所述第一次搅拌的时间满足当悬浊液pH为7.0～8.0时，停止第一次搅拌。所述第二次搅拌的时间满足当悬浊液中所述Fe(OH)2与Fe(OH)3的比例为1.5～3.5时，停止第二次搅拌。一种固定厌氧湖泊底泥磷酸盐的绿锈材料，根据上述方法制备得到方法。上述固定厌氧湖泊底泥磷酸盐的绿锈材料在固定厌氧湖泊底泥磷酸盐中的应用。一种高效稳定修复厌氧水体中磷的新方法，包括以下步骤：将所述绿锈材料加入到待处理水体中，进行吸附反应即可。所述吸附反应的时间为30～60min，温度为20～30℃；所述待处理的水体pH为5.5～9.5。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：本专利技术方通过简单的化学方法制备出绿锈材料能够高效修复厌氧水体磷污染，并且有利于长期稳定的将湖泊中磷固定于底泥中。该方法具有以下几个优点：1.制备出的绿锈可以稳定存在于厌氧条件；与磷酸盐具有很强的结合能力，同时，磷酸盐的吸附进一步稳定化绿锈在厌氧条件下的结构，可实现对底泥中磷的长期固定作用。从而解决了其他三价铁类矿物在厌氧条件下发生还原，释放铁与磷的问题；2.绿锈本身为铁基矿物，对磷酸盐具有选择性吸附的特点，从而不易受其他干扰离子的影响；同时，绿锈对磷酸盐的固定作用受体系pH值影响较小，可以适用于弱酸性到弱碱性等各类底泥中的磷酸盐固定；3.如图2所示，绿锈的结构为三价铁与二价铁组成的层状结构，均为地球丰度较高的元素，并且具有生物兼容性和环境友好的特点。相对于其他元素，本方法更为经济、环境友好。附图说明图1为实施例1中三种不同绿锈的SEM和XRD图，GR(Cl)(a),GR(SO4)(b)和GRCO3(c)。图2为本专利技术所得绿锈材料中的层状结构示意图图3为实施例2中三种不同绿锈对磷酸盐的吸附动力学图(a)和吸附等温线图(b)。图4为实施例3中不同pH对绿锈吸附磷酸盐的影响。图5为实施例4中原始湖泊沉积物和分别添加10％不同绿锈(GR(Cl),GR(SO4)和GR(CO3)对水体磷酸盐的吸附动力学(a)和吸附等温线(b)。图6为实施例5中选取GR(SO4)不同添加量(0,1,5,10％)加入到湖泊沉积物去除水体磷酸盐的动力学曲线。图7为实施例6在淹水厌氧条件下，加入1％和5％GR(SO4)改良沉积物培养过程中，孔隙水(a)和上层水(b)中磷浓度变化。图8为实施例7模拟湖泊环境条件下，未加和加1％GR(SO4)的沉积物剖面不同深度孔隙水和上层水中的磷浓度变化，其中(a)为第1天，(b)为第5天，(c)为第7天。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。本专利技术涉及的原料均可从市场上直接购买。对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。实施例1：三种绿锈的制备1、氯离子插层绿锈(GR(Cl))的合成制备步骤1)：在室温下，取250mL蓝盖瓶，加50mLNaOH(1mol/L)水溶液。称取6.96gFeCl2·4H2O(约0.035mol)与其混合，放入D8*45搅拌子后，迅速加入150mL的去离子水。得到总体积200mL的Fe(OH)2悬浊液。该实施例中，Fe(II)/OH的摩尔比为0.7。步骤2)：敞口磁力搅拌使Fe(OH)2部分氧化。调整转速为420-450r/min。放入pH计进行检测。并按秒表开始计时。当pH约为7.3，时间约为107min时，停止反应。步骤3)：立即放入250mL的试剂瓶，剧烈摇晃后转移至手套箱防止GR(Cl)继续氧化。在无氧环境中打开试剂瓶盖子持续搅拌10min以去除体系中溶解的O2。测定其中Fe(OH)2和Fe(OH)3的比例。Fe(OH)2/Fe(OH)3≈2.5～3.5为宜，并用无氧去离子水清洗，得到GR(Cl)，避光保存。GR(Cl)的SEM和XRD表征如图1(a)所示。2、硫酸根离子插层绿锈(GR(SO4))的合成制备步骤1)：取250mL蓝盖瓶，加50mLNaOH(1mol/L)，称取9.73gFeSO4·7H2O(约为0.035mol)溶解于其中，放入D8*45搅拌子，迅速加入150mL的去离子水。得到总体积200mL的Fe(OH)2悬浊液。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固定厌氧湖泊底泥磷酸盐的绿锈材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：/n搅拌Fe(OH)

【技术特征摘要】
1.一种固定厌氧湖泊底泥磷酸盐的绿锈材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
搅拌Fe(OH)2悬浊液，使Fe(OH)2氧化并得到含有Fe(OH)2和Fe(OH)3的悬浊液；然后在无氧环境中继续搅拌去除悬浊液中的O2，再将悬浊液过滤洗涤后即得到绿锈材料。


2.根据权利要求1所述的固定厌氧湖泊底泥磷酸盐的绿锈材料的制备方法，其特征在于：所述Fe(OH)2悬浊液为通过将NaOH溶液与二价铁盐混合得到；
其中，所述二价铁盐为FeCl2·4H2O和FeSO4·7H2O中的至少一种；所述NaOH溶液中NaOH与二价铁盐的摩尔比为1～5。


3.根据权利要求2所述的固定厌氧湖泊底泥磷酸盐的绿锈材料的制备方法，其特征在于：所述NaOH溶液中NaOH与二价铁盐的摩尔比为1.25～1.6。


4.根据权利要求1所述的固定厌氧湖泊...

【专利技术属性】
技术研发人员：方利平，刘凯，李芳柏，
申请(专利权)人：广东省生态环境技术研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44