改性成型的鎂鋁水滑石的制備方法及應用的制作方法

專利名稱：：改性成型的鎂鋁水滑石的制備方法及應用的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種改性成型的鎂鋁水滑石的制備方法及應用。
背景技術：
：自然界存在的水滑石是鎂、鋁的羥基碳酸化物，又稱為鎂鋁水滑石，其理論分子式為Mg6Al2(OH)16(C03>4H20。鎂鋁水滑石是一種陰離子型層狀化合物，具有獨特的陰離子可交換性、陽離子可搭配性及較大的比表面積，在吸附、離子交換和催化方面占有十分重要的地位。但目前對鎂鋁水滑石的研究和應用主要局限于粉末形態，存在固體懸浮物易堵塞床體、反應后難于分離和無法實現再生等不足，故鎂鋁水滑石在實際應用中受到較大的限制。因此，要實現鎂鋁水滑石在吸附和離子交換方面的實際應用，必須將鎂鋁水滑石進行有效改性成型，使其具有一定的機械強度。隨著工農業生產的突飛發展，大量生活污水、工業廢水和農用化肥流入河流、湖泊，使相應水體中的磷氮含量增高，過量磷氮不僅會導致水體富營養化，而且會污染地下水源，從而對人體健康造成嚴重危害。但根據英國刊物FreshwaterBiology和美國刊物PNAS的最新報道，磷是導致富營養化的決定性因素，且發揮作用的主要是活性磷。目前，我國城市污水處理廠80%以上以絮凝沉淀和生物法為主，對磷氮等無機污染物的處理效果不佳，要想達到水質排放標準，必須要經過三級處理。因此，有效控制和降低廢水中磷氮的濃度及微污染水體的深度處理己成為現代污水處理中的新課題，研制和開發高效低耗的污水處理方法具有重要的現實意義。
發明內容本發明的目的是提供一種改性成型的鎂鋁水滑石的制備方法及應用，它能彌補現有技術的上述不足。一種改性成型的鎂鋁水滑石的制備方法，其特征在于步驟如下分別配制含有Mg2+、A產的混合鹽水溶液和混合堿水溶液，將二者混合，待反應完全后進行老化與晶化，經過濾、洗滌、干燥得到鎂鋁水滑石；將該鎂鋁水滑石和粘結劑加入到鎂鹽水溶液中，使三種固體的質量之和的克數與液體的體積亳升數之比為1:515，調節所得槳狀物的pH值為912，反應15180min,離心分離，烘干，擠出成型，在10011(TC下烘干，然后在350700"C下焙燒14小時，冷卻至室溫。上述改性成型的鎂鋁水滑石在脫除水溶液、污水處理廠水、海水或養殖廢水里磷氮陰離子中的應用。本發明的改性成型的鎂鋁水滑石是一種高效低耗的吸附劑，在吸附和離子交換時不堵塞床體、反應后易于分離和可實現再生；能解決目前水體中磷氮處理效果不佳的問題，適用于處理水溶液、污水處理廠水、海水、養殖廢水中的磷氮陰離子，使之達到排放標準，而且經過解吸再生后吸附效果更強，為實現工業化應用奠定了基礎。具體實施方式實施例1改性成型的鎂鋁水滑石的制備方法將3000mol的MgS04和500mol的A12(S04)3配制成混合鹽水溶液(總量為4.0m3)，將5000mo1的NaOH和lOOOOmol的Na2C03配成混合堿水溶液(總量為4.0m3)，將兩種水溶液通過管道加入全混噴射反應器中，控制pH值在89的條件下進行反應，得到乳白色漿狀物，把此漿狀物直接加入老化罐中并不停地攪拌，待反應完全后，密封老化罐，加熱至130°C，并保持溫度為(130士5)。C，晶化24小時，然后將晶化后的物質加入板框壓濾機，用自來水洗滌至濾液中檢測不出硫酸根，此時濾液的pH值為7，最后將洗滌后的物質進行噴霧干燥，并使噴霧干燥塔的進口與出口溫度分別保持在30(TC和120°C,得到未改性成型的鎂鋁水滑石；將該鎂鋁水滑石和粘結劑硅酸鈉加入到Mg(Ac)2水溶液中，使三種固體的質量比為47.5:2.5:50，三種固體質量之和的克數與液體體積的毫升數之比為1:10，用NHyH20調節上述漿狀物的pH值為10，反應1小時后離心分離，烘干至手捏能成團，用催化劑成型機制成直徑為2mm的圓柱形吸附劑,在ll(TC下烘干，然后在35(TC下焙燒3小時，冷卻至室溫后得到改性成型的鎂鋁水滑石，保存待用。上述的MgS04和A12(S04)3中的Mg/Al摩爾比為2~3:1;所述的鎂鹽水溶液中的鎂鹽可以是MgCl2、Mg(N03)2、MgS04、Mg(Ac)2、MgC204、MgC03、堿式碳酸鎂中的一種或多種；所述的粘結劑為硅溶膠和/或硅酸鈉；所述的鎂鋁水滑石、粘結劑和鎂鹽三種固體的質量比范圍為5~99:0~10:195。實施例2未改性成型的和改性成型的鎂鋁水滑石分別脫除水溶液中的P043—、P3O105'、N03、N02-將未改性成型的和實施例1中制得的改性成型的鎂鋁水滑石按徑高比為1.1:10分別裝入吸附柱中，分別吸附并脫除水溶液中的PO^、P301()5-、NO"N02—，它們各自的初始濃度分別以磷或氮計，均為50mg/L，控制該水溶液通過吸附柱的流量均為5mL/min。分別根據國家污水綜合排放標準一級標準、國家生活飲用水水源水質一級標準和地下水質標準，將吸附后水溶液中磷的濃度為0.5mg/L、硝氮的濃度為10mg/L、亞硝氮的濃度為1.0mg/L作為磷或氮的允許排放濃度，即穿透點濃度，得到穿透吸附量如表1中所示。控制通過吸附柱的流量為5mL/min，脫除P043-、P301Q51nN02-后的改性成型的鎂鋁水滑石用0.1mol/L的NaOH和3mol/L的NaCl混合溶液解吸(脫除NCV后用0.2mol/L的NaOH解吸)至流出液中磷或氮濃度基本不變，然后用300mL含75gMgCl2的水溶液再生后，可重復使用，穿透吸附量如表l中所示。表1未改性成型和改性成型的鎂鋁水滑石對水溶液中P043—、P301()5-、N03—、NCV的穿透吸附量(mg/g)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>以PO,為例，改性成型的鎂鋁水滑石對PO^的第一次穿透吸附量為13.49mg/g，是未改性成型的鎂鋁水滑石對PO^的穿透吸附量的6倍以上，且經過解吸再生兩次后，對PO,的穿透吸附量為17.03和13.23mg/g。由此看出改性成型的鎂鋁水滑石可有效脫除水溶液中的p(V'，經解吸再生后可重復使用，脫除效果有所加強。實施例3改性成型的鎂鋁水滑石同時脫除水溶液中的PO^、P301Q5-、N(V、N(V將實施例1中制得的改性成型的鎂鋁水滑石按徑高比為1.1:15裝入吸附柱中，同時脫除水溶液中的P043_、P301()5-、N(V、NO"它們各自的初始濃度分別以磷或氮計，均為25mg/L，控制水溶液通過吸附柱的流量為5mL/min。各離子的穿透濃度如實施例2中所述，得到P043—、P301()5-、NO/的穿透時間為95、75、75min，而N(V在300min內一直未穿透。由此看出，改性成型后的鎂鋁水滑石可同時脫除水溶液中的P043—、P301G5—、N03—、N02—。由于各種離子之間存在強烈的競爭吸附作用，使P301Q51BN(V在75min時首先穿透吸附柱，但對P043'和N(V仍具有較強的吸附能力，為了充分利用吸附柱，可將幾個吸附柱串聯使用，提高吸附柱的使用效率。實施例4改性成型的鎂鋁水滑石同時脫除污水處理廠二次處理后廢水中的P043\N(V將實施例1中制得的改性成型的鎂鋁水滑石按徑高比為1.1:10裝入吸附柱中，同時脫除污水處理廠二次處理后廢水中的POA和N(V，它們的初始濃度分別以磷或氮計，分別為4.61、2.97mg/L，控制污水處理廠二次處理后廢水通過吸附柱的流量為5mL/min。各離子的穿透點濃度如實施例2中所述，得到P04\N(V在540min內一直未穿透；控制通過吸附柱的流量為5mL/min，吸附后的改性成型的鎂鋁水滑石用O.lmol/L的NaOH和3mol/L的NaCl混合溶液解吸至流出液中磷或氮濃度基本不變，然后用300mL含75gMgCb的水溶液再生后，對P(V—的穿透時間為450min，而NO/在540min內一直未穿透。說明改性成型的鎂鋁水滑石對污水處理廠二次處理后廢水中的PO'和N(V具有較強脫除能力，而且經解吸再生后可重復使用。實施例5改性成型的鎂鋁水滑石脫除青島不同地段海水中的po43—將實施例1中制得的改性成型的鎂鋁水滑石均按徑高比為1丄10裝入吸附柱中，分別脫除小麥島、陽光佳日和奧帆賽海岸線海水中的PO,，該三個地段海水中的初始濃度以磷計，分別為1.818、1.10、0.526pmol/L，控制海水通過吸附柱的流量為5mL/min。根據海水水質一級標準，將吸附后磷的濃度為0.48pmol/L作為海水中PCV'的穿透點濃度，其中小麥島處PO,的穿透吸附量為0.29ng/g、陽光佳日和奧帆賽海岸線海水中的PO^在5h內一直未穿透。說明改性成型的鎂鋁水滑石對青島不同地段的海水中低濃度的P(V'具有較強脫除能力。實施例6改性成型的鎂鋁水滑石脫除養殖廢水中的P043_將實施例1中制得的改性成型后的鎂鋁水滑石均按徑高比為1.1:10裝入吸附柱中，脫除養殖廢水中的P043—，初始濃度為25mg/L，控制養殖廢水通過吸附柱的流量為5mL/min，將吸附后養殖廢水中磷的濃度為0.5mg/L作為穿透點濃度，得到穿透吸附量為17.35mg/g。說明改性成型的鎂鋁水滑石對養殖廢水中的PO^具有較強脫除能力。上述實施例2~6中液體通過吸附柱的流量范圍為3~7mL/min，徑高比為1.1:5~15。控制通過吸附柱的流量為5mL/min，吸附后的改性成型的鎂鋁水滑石用0~0.5mol/L的NaOH和05mol/L的NaCl混合溶液解吸至流出液中磷或氮濃度基本不變，然后用300mL含50150gMgCl2的水溶液再生后可重復使用，且再生后效果加強。權利要求1.一種改性成型的鎂鋁水滑石的制備方法，其特征在于步驟如下分別配制含有Mg2+、Al3+的混合鹽水溶液和混合堿水溶液，將二者混合，待反應完全后進行老化與晶化，經過濾、洗滌、干燥得到鎂鋁水滑石；將該鎂鋁水滑石和粘結劑加入到鎂鹽水溶液中，使三種固體的質量之和的克數與液體的體積毫升數之比為1:5～15，調節所得漿狀物的pH值為9～12，反應15～180min，離心分離，烘干，擠出成型，在100～110℃下烘干，然后在350～700℃下焙燒1～4小時，冷卻至室溫。2.權利要求1所述的改性成型的鎂鋁水滑石在脫除水溶液、污水處理廠水、海水或養殖廢水里磷氮陰離子中的應用。3.如權利要求1所述的改性成型的鎂鋁水滑石的制備方法，其特征在于所述的鎂鹽水溶液中的鎂鹽是MgCl2、Mg(Ac)2、Mg(N03)2、MgS04中的一種或多種。4.如權利要求1所述的改性成型的鎂鋁水滑石的制備方法，其特征在于所述的粘結劑是硅溶膠和/或硅酸鈉。5.如權利要求1所述的改性成型的鎂鋁水滑石的制備方法，其特征在于所述的鎂鋁水滑石、粘結劑和鎂鹽三種固體的質量比范圍為599:0~10:1~95。全文摘要本發明公開了一種改性成型的鎂鋁水滑石的制備方法及應用。制備時分別配制含有Mg²⁺、Al³⁺的混合鹽水溶液和混合堿水溶液，將二者混合，待反應完全后進行老化與晶化，經過濾、洗滌、干燥得到鎂鋁水滑石；將該鎂鋁水滑石和粘結劑加入到鎂鹽水溶液中，調節所得漿狀物的pH值，反應后離心分離，烘干，擠出成型，然后烘干焙燒，冷卻至室溫。本發明的產品在吸附和離子交換時不堵塞床體、反應后易于分離，適用于處理水溶液、污水處理廠水、海水、養殖廢水中的磷氮陰離子，處理效果好，能達到排放標準，而且使用后經過解吸再生，吸附效果更強，有利于實現工業化應用。文檔編號C01G1/00GK101386424SQ20081015776公開日2009年3月18日申請日期2008年10月14日優先權日2008年10月14日發明者于艷偉,李曉玉,王海增,坤邢申請人:中國海洋大學