專利名稱：一種污染水體的氨氮吸附材料及制備方法
技術領域：
本發明涉及無機礦物化學和吸附科學領域，具體涉及一種污染水體的氨氮吸附材 料及制備方法。
背景技術：
氮是天然水體重要生源要素之一，氨氮廣泛存在江、河、湖、海和地表水及地下水 中，是水體質量評價的重要指標之一。水中氨氮的來源主要有生活污水中各種蛋白質有機 物在微生物作用下，發生復雜的生物化學作用，分解產生的NH3 ；工業廢水(如焦化廢水、合 成氮化肥廠廢水等)和農業施肥等。水體氨氮含量較高時，極易引起富營養化，對水生生物 和人們生活造成極大的危害。因此，隨著人們環境保護意識的增強，去除原水中氨氮的技術 也是當前水處理技術的研究重點。目前，常用于去除原水中氨氮的工藝主要有生化法[1]、吹脫法[2]、折點加氯法[3]和 吸附法M四種。生化法是采用較廣泛的去除氨氮工藝，包含接觸氧化法和臭氧生物活性炭法。接 觸氧化法設備復雜，處理的構筑物較大，成本大，由于這種方法受水溫影響很大，冬季低溫 時去除氨氮的效果差，使這種工藝的應用受到限制。臭氧生物活性炭方法同樣存在著投資 大、冬季去除氨氮效果差的缺點。吹脫法的工作環境溫度要在0°C以上，因為低于0°C時，氨吹脫塔是不能工作的， 同時水中碳酸鈣的殘垢會在吹脫塔的填料中沉積，從而導致吹脫效率降低。折點加氯法是凈水廠常用的去除氨氮方法，但折點加氯會大大增加氯的投加量， 增加制水成本，而且水中的消毒副產物含量也會大大增加，影響飲用水水質。吸附法中有一種利用沸石去除氨氮的技術。沸石使用上可分為粒狀和粉狀。沸石 在我國儲量豐富、價格低廉、吸附容量大[5]，同時具有孔隙度高、比表面積大，離子交換性、 吸附性等優異的性能[6"]，沸石對氨氮具有較高的選擇吸附性，因此，利用沸石去除氨氮具 有很好的應用前景。目前，粒狀沸石的應用是采用0. 6 1. 6毫米粒徑的粒狀沸石作為濾料進行過濾 和吸附，將粒狀沸石放入相應裝置中來直接使用。但不足之處在于吸附容量較小，導致在較 短的時間內失效，再生周期短。因此，粒狀沸石在實際應用中存在較大問題。若采用粉狀沸石除氨氮，存在一突出矛盾沸石的粒徑越小，交換容量愈高，對污 染物去除效果越好，但粒徑太小的粉末易隨出水流失，影響出水水質，并還會增大使用裝置 的水頭損失。水頭損失是水流中單位質量水體因克服水流阻力做功而損失的機械能，液體 的粘滯性是產生水頭損失的內因，也是根本原因。(參考文獻[1]華光輝，張波.城市污 水生物除磷脫氮工藝中的矛盾關系及對策[J].給水排水，2000，20 (1 :2-3. [2]許國強， 曾光明等.氨氮廢水處理技術現狀及發展[J].湖南有色金屬，2002，18 O) :29-33. [3]張 希衡·水污染控制工程[M].北京冶金工業出版社，1993，沘2-沘6. [4]Mark Ε. Davisand Raul F. Lobo. Zeolite and molecular sieve synthesis[J]. Chem. Mater. ,1992,4 (4)756-768. [5]劉玉亮，羅固源等.斜發沸石對氨氮吸附性能的試驗分析[J].重慶大學學報， 2004,27 (1) :62-65. [6]MarkA. Keane. The removal of copper and nickel from aqueous solution usingY zeolite ion exchangers[J]. Colloids and Surfaces,1998,138 11-20. [7]Hidekazu Tanaka, Norito Yamasaki,Masakazu Muratani,et al. Structureand formation process of (K, Na)-clinoptilolite[J]. Materials ResearchBulletin 2003, 38,713-722.)
發明內容
本發明的目的是提供一種污染水體的氨氮吸附材料及制備方法。原材料為改性沸 石粉，利用有機無機雜化理論和材料熔融共混技術制備一種復合型吸附材料這種材料具 有很好的吸附氨氮能力，不僅保持著沸石價廉物美的特點，而且能有效改善采用粉末沸石 除氨氮時存在的缺陷。本發明提供的一種污染水體的氨氮吸附材料，采用三元乙丙橡膠作為基體，利用 化學改性后的改性沸石作為填料，過氧化二異丙苯作為交聯劑，液體石蠟作為潤滑劑，利用 熔融共混及模壓成型的方法，直接制備出一種吸附性能良好的污染水體的氨氮處理材料。本發明提供的一種污染水體的氨氮吸附材料，其成分及重量百分比如下三元乙 丙橡膠、改性沸石和過氧化二異丙苯的重量百分比為65 90. 5% 9 0. 5 1%; 液體石蠟的體積mL數與三元乙丙橡膠、改性沸石和過氧化二異丙苯的總重量g數的比為 1 100。本發明提供的一種污染水體的氨氮吸附材料制備方法的步驟如下(1)天然沸石的預處理天然沸石用去離子水清洗，烘干，研磨成粉末，過200目篩 網，得到天然沸石粉；(2)將天然沸石粉，放入濃度為lmol/L的氯化鈉溶液中，用磁力加熱攪拌器攪拌， 在70°C下水浴加熱池，用去離子水洗滌干凈，干燥，得到改性沸石粉，密封保存備用；(3)按照配比，將改性沸石粉與三元乙丙橡膠混合均勻后加入哈克流變儀中，熔 融溫度為220°C，在混合物呈熔融狀態后，添加過氧化二異丙苯和液體石蠟，經過熔融混煉 5min后取出再放入開煉機中，開煉溫度為160°C，2min后取出，得到初料；(4)初料在室溫下放置M小時后，在160°C下用平板硫化機壓出毛料，保壓時間為 10分鐘，毛料在真空烘箱內80°C下熱平衡IOh后，得到污染水體的氨氮吸附材料。有益效果本發明提供的一種污染水體的氨氮吸附材料，選用性能優良的三元乙 丙橡膠作為基體，氯化鈉改性處理后的沸石粉作為填料，制備出的吸附材料對污水中的氨 氮具備較好的吸附能力，并在實際應用中取得了較好的吸附效果，適用于中性以及酸性的 城市及鄉村等各類氨氮污染的水體壞境中，尤其是受氨氮污染的渠系水田區來使用。本發明提供的一種污染水體的氨氮吸附材料的氨氮吸附容量，在使用溫度保持在 室溫20°C時，污染水體的氨氮吸附材料的吸附容量在pH值為2. 0 6. 0的范圍內隨pH值 的增大而增大，在PH值為6. 0時達到最大值；在pH值為6. 0 9. 0的范圍內隨pH值的增 大而降低；在PH值為4. 0 6. 2范圍內，根據污染水體的氨氮吸附材料的吸附容量計算得 到的氨氮去除率為80-90%。在使用環境的pH值為7不變時，污染水體的氨氮吸附材料 在10 35°C范圍內隨著溫度的升高吸附容量呈現逐漸減小的趨勢，其中，圍內，吸附容量減小的趨勢較快，當溫度升高到>20°C時，吸附容量吸附容量減小的趨勢減 慢。在PH = 7，溫度=20°C，本發明提供的一種污染水體的氨氮吸附材料的氨氮吸附容量， 氨氮吸附值為2. 23-4. 25/mg · g—1。pH = 7，在10°C時，污染水體的氨氮吸附材料的吸附容 量為4. 78mg/g ；pH = 7，在20°C時，污染水體的氨氮吸附材料的吸附容量為4. 25mg/g ；pH = 7，在40°C時，污染水體的氨氮吸附材料的吸附容量為3. 17mg/g。
圖1 (a)是天然沸石粉紅外光譜圖；(b)是NaCl改性天然沸石紅外光譜圖。
圖2 (a)是天然沸石粉X-RD射線圖；(b)是NaCl改性沸石粉X-RD射線圖。圖3是由實施例1得到的污染水體的氨氮吸附材料的電子顯微鏡照片(倍率 10000倍)；(a)是污染水體的氨氮吸附材料內部分散情況；(b)是污染水體的氨氮吸附材 料微觀結構圖。圖4是溫度一定(20°C)時，不同pH值下，污染水體的氨氮吸附材料對污水中氨氮 吸附去除率的比較。圖5是pH值一定(pH = 7)時，不同溫度下，污染水體的氨氮吸附材料對污水中氨 氮吸附去除率的比較。
具體實施例方式實施例1(1)用去離子水將天然沸石清洗三遍，在80°C溫度下烘干，用研缽研磨成粉末，過 200目篩網，得到200目天然沸石粉。(2)取200目天然沸石粉，放入lmol/L的氯化鈉溶液中，磁力加熱攪拌器攪拌，在 70°C下水浴加熱池，用去離子水洗滌干凈，干燥，得到改性沸石粉，密封保存備用。(3)將改性沸石粉與三元乙丙橡膠混合均勻，將混合物加入哈克流變儀中，熔融溫 度為220°C，在混合物呈熔融狀態后，添加過氧化二異丙苯(DCP)，三元乙丙橡膠、改性沸石 粉和過氧化二異丙苯的重量比為65% 34% 1% ；滴加ImL液體石蠟。經過熔融混煉 5min后取出直接放入開煉機中，開煉溫度為160°C，剪切加工^iin后取出得到初料。(4)初料在室溫下放置M小時后，在160°C下用平板硫化機壓出直徑為75mm厚度 為Imm的圓形毛料，保壓時間為10分鐘。毛料在真空烘箱內80°C下熱平衡IOh后，得到污 染水體的氨氮吸附材料，記為~。實施例2三元乙丙橡膠、改性沸石粉和過氧化二異丙苯的重量比為90. 5% 9% 0. 5% ； 步驟O)的在70°C下水浴加熱池，其余的同實施方式1，得到污染水體的氨氮吸附材料，記 為a2。實施例3三元乙丙橡膠、改性沸石粉和過氧化二異丙苯的重量比為 75% 24. 3% 0. 7% ；步驟(2)的在70°C下水浴加熱池，其余的同實施方式1，得到污染水體的氨氮吸附 材料，記為A3。
表1本發明提供的一種污染水體的氨氮吸附材料的氨氮吸附容量
權利要求
1.一種污染水體氨氮吸附材料，其成分及重量百分比如下三元乙丙橡膠、改性沸石 和過氧化二異丙苯的重量百分比為65 90. 5% 9 0. 5 1 % ；液體石蠟的體 積mL數與三元乙丙橡膠、改性沸石和過氧化二異丙苯的總重量g數的比為1 100。
2.如權利要求1所述的一種污染水體氨氮吸附材料，其特征在于，其成分及重量百分 比如下三元乙丙橡膠、改性沸石和過氧化二異丙苯的重量百分比為65% 34% 1%。
3.如權利要求1所述的一種污染水體氨氮吸附材料，其特征在于，其成分 及重量百分比如下三元乙丙橡膠、改性沸石和過氧化二異丙苯的重量百分比為 90. 5% 9% 0. 5%。
4.如權利要求1所述的一種污染水體氨氮吸附材料，其制備方法的步驟如下(1)天然沸石的預處理天然沸石用去離子水清洗，烘干，研磨成粉末，過200目篩網， 得到天然沸石粉；(2)將天然沸石粉，放入濃度為lmol/L的氯化鈉溶液中，用磁力加熱攪拌器攪拌，在 70°C下水浴加熱池，用去離子水洗滌干凈，干燥，得到改性沸石粉，密封保存備用；(3)按照配比，將改性沸石粉與三元乙丙橡膠混合均勻后加入哈克流變儀中，熔融溫度 為220°C，在混合物呈熔融狀態后，添加過氧化二異丙苯和液體石蠟，經過熔融混煉5min后 取出再放入開煉機中，開煉溫度為160°C，2min后取出，得到初料；(4)初料在室溫下放置M小時后，在160°C下用平板硫化機壓出毛料，保壓時間為10 分鐘，毛料在真空烘箱內80°C下熱平衡IOh后，得到污染水體氨氮吸附材料。
全文摘要
本發明公開了一種污染水體氨氮吸附材料及制備方法。所述的氨氮吸附材料重量配比為三元乙丙橡膠、改性沸石和過氧化二異丙苯的重量百分比為65～90.5％∶9～34％∶0.5～1％；液體石蠟的體積mL數與上述3種成分總重量g數比為1∶100。制備出的污染水體氨氮吸附材料對污水中的氨氮有較好的吸附率，在20℃，pH值為2.0～6.0范圍內吸附容量隨pH值的增大而增大，在pH值為6.0時達到最大值；在pH值為4.0～6.2范圍內，污染水體的氨氮去除率為80-90％。在pH＝7，20℃，氨氮吸附值為2.23-4.25mg·g-1；pH＝7，10℃，污染水體的氨氮吸附材料的吸附容量為4.78mg/g。
文檔編號C02F1/28GK102091602SQ20101062207
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月30日 優先權日2010年12月30日
發明者劉樹元, 劉秀奇, 張燕, 祝惠, 閻百興 申請人:中國科學院東北地理與農業生態研究所