用于酸性含磷污水处理的赤泥-花生壳基复合材料的制备方法

摘要

本发明提供一种用于酸性含磷污水处理的赤泥‑花生壳基复合材料的制备方法，属于污水处理技术领域；包括将赤泥和花生壳依次进行清洗处理、干燥处理以及过筛处理，将经过过筛处理后的赤泥和花生壳倒入稀盐酸溶液中进行酸处理，并进行水浴加热至溶液水分蒸发完全；其中，赤泥与花生壳的质量之和与稀盐酸溶液体积的质量体积比为0.25g/mL～0.3g/mL，且稀盐酸的浓度为0.05mol/L～0.15mol/L；将经过酸处理的赤泥和花生壳混合物进行烘干处理、研磨处理并在750～900℃温度下进行热解处理，热解处理完成后得到赤泥‑花生壳基复合材料。本发明以固体废物赤泥和花生壳为原料，生产成本低廉，制备工艺简单，且对酸性含磷污水具有很好的处理效果，有利于大规模应用。

权利要求

1.一种用于酸性含磷污水处理的赤泥‑花生壳基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将赤泥和花生壳依次进行清洗处理、干燥处理以及过筛处理；过筛处理时的粒径设置为80目；干燥处理时，将清洗处理后的赤泥和花生壳置于恒温干燥箱内在60～80℃温度下干燥6～8h；

将经过过筛处理后的赤泥和花生壳倒入稀盐酸溶液中进行酸处理，并进行水浴加热至溶液水分蒸发完全；

其中，赤泥和花生壳的质量比为7:3，赤泥与花生壳的质量之和与稀盐酸溶液体积的质量体积比为0.25g/mL～0.3g/mL，且稀盐酸的浓度为0.05mol/L～0.15mol/L；

将经过酸处理的赤泥和花生壳混合物进行烘干处理、研磨处理并在750～900℃温度下进行热解处理，在热解处理过程中采用高纯氮气作为保护气体，热解处理时的升温速率为

10℃/min，且热解处理时间为2～4h，热解处理完成后得到赤泥‑花生壳基复合材料。

说明书

用于酸性含磷污水处理的赤泥‑花生壳基复合材料的制备

方法

技术领域

[0001] 本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种用于酸性含磷污水处理的赤泥‑花生壳基复合材料的制备方法。

背景技术

[0002] 磷是动植物生长所必需的营养元素之一，但过量的磷酸盐排放到水环境中，会致使水体富营养化。水体中磷酸盐主要来源于生活污水，工业生产排水，畜牧业、养殖业废水以及含磷量较大的农田径流。其中，工业行业的含磷污水主要来源于金属表面处理、化工业和制药业等，其中钢铁厂在金属表面处理环节产生的酸性含磷污水具有磷酸盐浓度高、酸性强等特点。

[0003] 针对水体中磷酸盐去除有多种处理方法，主要包括化学沉淀法、生物处理和吸附法。化学沉淀法存在污泥产生量大、成本高等问题；生物法存在处理效果易受进水水质影响而波动等缺陷；吸附法具有操作简便，成本低廉和环保等特点，得到了众多研究者的关注。目前，国内外学者针对酸性含磷污水的吸附材料已进行了相关研究，但普遍存在吸附容量小、固液分离难等问题。

[0004] 赤泥作为制铝工业生产过程中提取Al2O3成分后剩余的红色泥状固体废物，富含铁离子、铝离子等能与磷酸根发生反应的碱金属阳离子，但其比表面积小、孔隙结构不发达，故提出了利用赤泥和农业废弃物—花生壳进行共热解制备复合吸附材料。不仅可实现对固体废物赤泥和花生壳的资源化利用，同时可大幅提高复合吸附材料的比表面积大、增多吸附位点，且赋予其磁性、利于固液分离。因此，需要对复合吸附材料的制备过程进行研究，以实现其对酸性含磷污水的高效处理。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种用于酸性含磷污水处理的赤泥‑花生壳基复合材料的制备方法，以解决现有的针对酸性含磷污水处理效果差的问题。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

[0007] 一种用于含磷污水处理的赤泥‑花生壳基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

[0008] 将赤泥和花生壳依次进行清洗处理、干燥处理以及过筛处理；

[0009] 将经过过筛处理后的赤泥和花生壳倒入稀盐酸溶液中进行酸处理，并进行水浴加热至溶液水分蒸发完全；

[0010] 其中，赤泥与花生壳的质量之和与稀盐酸溶液体积的质量体积比为0.25g/mL～0.3g/mL，且稀盐酸的浓度为0.05mol/L～0.15mol/L；

[0011] 将经过酸处理的赤泥和花生壳混合物进行烘干处理、研磨处理并在750～900℃温度下进行热解处理，热解处理完成后得到赤泥‑花生壳基复合材料。

[0012] 优选地，热解处理时的升温速率为10℃/min，且热解处理时间为2～4h。

[0013] 优选地，赤泥和花生壳的质量比为7:3。

[0014] 优选地，过筛处理时的粒径设置为80目。

[0015] 优选地，清洗处理时，采用去离子水对赤泥和花生壳清洗2～3遍。

[0016] 优选地，干燥处理时，将清洗处理后的赤泥和花生壳置于恒温干燥箱内在60～80℃温度下干燥6～8h。

[0017] 优选地，在热解处理过程中，采用高纯氮气作为保护气体。

[0018] 本发明与现有技术相比，至少具有如下有益效果：

[0019] 上述方案中，通过使用的原料为固体废物赤泥和花生壳，降低了吸附材料的成本，实现了固体废物的资源化利用。

[0020] 同时，基于本发明提供的用于酸性含磷污水处理的赤泥‑花生壳基复合材料的制备方法得到了赤泥‑花生壳基复合材料，该复合材料具有较大的比表面积，吸附性能优越，可以实现对于对于酸性含磷废水的快速净化，大幅提高了处理效率。

[0021] 本发明所提供的对于赤泥‑花生壳基复合材料的制备方法简单，主要利用稀盐酸对赤泥和花生壳的酸洗处理，以及后续的热解处理，不需要功能复杂的材料制备设备，对实验室制备要求低，且全程没有污染性副产物的产生，符合绿色制备的理念，最终复合材料的产出量大，有利于实现产业化应用；同时得到的赤泥‑花生壳基复合材料具有比表面积大、吸附位点多，且具有磁性的特点、有利于实现快速固液分离，大幅提升对于酸性含磷污水的处理效率。

附图说明

[0022] 并入本文中并且构成说明书的部分的附图示出了本公开的实施例，并且与说明书一起进一步用来对本公开的原理进行解释，并且使相关领域技术人员能够实施和使用本公开。

[0023] 图1为赤泥‑花生壳基复合材料的XRD表征图；

[0024] 图2为赤泥‑花生壳基复合材料的SEM表征图。

[0025] 如图所示，分别利用XRD和SEM的表征图对所制备的复合材料进行表征，表征图可以用于说明所得到的复合材料的组成成分以及复合材料的微观结构，基于此，为复合材料的优异性能提供论证依据。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图和具体实施例对本发明提供的用于酸性含磷污水处理的赤泥‑花生壳基复合材料的制备方法进行详细描述。同时在这里做以说明的是，为了使实施例更加详尽，下面的实施例为最佳、优选实施例，对于一些公知技术本领域技术人员也可采用其他替代方式而进行实施；而且附图部分仅是为了更具体的描述实施例，而并不旨在对本发明进行具体的限定。

[0027] 需要指出的是，在说明书中提到“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等指示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。另外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合其它实施例(无论是否明确描述)实现这种特征、结构或特性应在相关领域技术人员的知识范围内。

[0028] 赤泥作为制铝工业生产过程中提取Al2O3成分后剩余的红色泥状固体废物，富含铁离子、铝离子等能与磷酸根发生反应的碱金属阳离子，是用于处理酸性含磷污水的优良选择，但其比表面积小、孔隙结构不发达，吸附能力弱，这也使得利用赤泥处理含磷污水的性能优化受到一定程度的制约；本发明提供一种用于酸性含磷污水处理的赤泥‑花生壳基复合材料的制备方法，基于该制备方法得到赤泥‑花生壳基复合材料，可有效提升对于酸性含磷污水的处理效率。

[0029] 如图1所示，为通过本发明提供的一种用于酸性含磷污水处理的赤泥‑花生壳基复合材料的制备方法得到的赤泥‑花生壳基复合材料的XRD表征图，该复合材料中的主要成分为零价铁，其次为偏铝酸亚铁和二氧化硅。

[0030] 如图2所示，为通过本发明提供的一种用于酸性含磷污水处理的赤泥‑花生壳基复合材料的制备方法得到的赤泥‑花生壳基复合材料的SEM表征图，赤泥‑花生壳基复合材料表面生成有针状物质，其直径约为6μm，这种针状结构的存在使得复合材料的比表面积得以进一步提高，同时对针状物质成分分析发现有大量Fe元素存在，且BET测试结果表明，该复2
合材料的比表面积达到200m/g。

[0031] 对于赤泥‑花生壳基复合材料的制备步骤如下：

[0032] Step1，将赤泥和花生壳原料用去离子水洗涤2～3遍去除溶解性杂质，然后置于恒温干燥箱内60～80℃条件下干燥6～8h，烘干后取出赤泥和花生壳过80目筛，分别装入塑封袋中待用；

[0033] Step2，取10～15g筛分后的赤泥和花生壳混合原材料(赤泥质量：花生壳质量＝7:3)加入到40～45mL 0.1mol/L稀盐酸溶液中，升温至100℃并于150rpm转速下恒温搅拌，直至溶液水分完全蒸发；

[0034] Step3，将水分蒸发后所得材料置于真空管式炉中热解，热解速率为10℃/min，温度为750～900℃，热解时间为2～4h，整个过程通高纯氮气保持炉内真空状态，热解结束后冷却至室温，得到赤泥‑花生壳基复合材料。

[0035] 本发明提供的技术方案，通过使用固体废物赤泥和花生壳作为制备原料，降低了吸附材料的成本，实现了固体废物的资源化利用，且该复合材料具有较大的比表面积，吸附性能优越，可以实现对于酸性含磷废水的快速净化，大幅提高了处理效率；同时得到的赤泥‑花生壳基复合材料具有比表面积大、吸附位点多，且具有磁性的特点、有利于实现快速固液分离，大幅提升对于酸性含磷污水的处理效率。

[0036] 下面结合具体实施例予以说明，以下实施例为优选方案：

[0037] 实施例1

[0038] (1)将赤泥和花生壳原料用去离子水洗涤2～3遍，然后置于恒温干燥箱内，在80℃温度下干燥6h，烘干后取出赤泥和花生壳过80目筛，粒度为‑80目占100％；

[0039] (2)取步骤(1)的赤泥和花生壳混合原料10g(赤泥与花生壳质量比例为7:3)倒入到40mL浓度为0.1mol/L的稀盐酸溶液中，升温至100℃并于150rpm转速下恒温搅拌，直至溶液水分完全蒸发；

[0040] (3)将步骤(2)溶液水分蒸发后所得材料置于真空管式炉中热解，热解温度为750℃，升温速率为10℃/min，热解时间为4h，整个过程通高纯氮气保持炉内真空状态，热解结束后冷却至室温取出，最终得到赤泥‑花生壳基复合材料。

[0041] 取0.1g复合材料，分别加入到100mL浓度为50mg/L的pH＝3、4.5、6的磷酸盐溶液中进行吸附试验，吸附2h后取上清液过0.45μm的滤膜，使用紫外分光光度计测定滤液中剩余磷酸盐的浓度分别为1.86mg/L、2.10mg/L、2.15mg/L，计算得出赤泥‑花生壳基复合材料对磷酸盐的去除率分别达到96.28％、95.80％、95.70％。

[0042] 实施例2

[0043] (1)将赤泥和花生壳原料用去离子水洗涤2～3遍，然后置于恒温干燥箱内，在80℃温度下干燥7h，烘干后取出赤泥和花生壳过80目筛，粒度为‑80目占100％；

[0044] (2)取步骤(1)的赤泥和花生壳混合原料15g(赤泥与花生壳质量比例为7:3)倒入到45mL浓度为0.1mol/L的稀盐酸溶液中，升温至100℃并于150rpm转速下恒温搅拌，直至溶液水分完全蒸发；

[0045] (3)将步骤(2)溶液水分蒸发后所得材料置于真空管式炉中热解，热解温度为800℃，升温速率为10℃/min，热解时间为3h，整个过程通高纯氮气保持炉内真空状态，热解结束后冷却至室温取出，最终得到赤泥‑花生壳基复合材料。

[0046] 取0.1g复合材料，分别加入到100mL浓度为50mg/L的pH＝3、4.5、6的磷酸盐溶液中进行吸附试验，吸附2h后取上清液过0.45μm的滤膜，使用紫外分光光度计测定滤液中剩余磷酸盐的浓度分别为1.72mg/L、1.96mg/L、2.00mg/L，计算得出赤泥‑花生壳基复合吸附材料对磷酸盐的去除率达到96.56％、96.08％、96.00％。

[0047] 实施例3

[0048] (1)将赤泥和花生壳原料用去离子水洗涤2～3遍，然后置于恒温干燥箱内，在80℃温度下干燥8h，烘干后取出赤泥和花生壳过80目筛，粒度为‑80目占100％；

[0049] (2)取步骤(1)的赤泥和花生壳混合原料15g(赤泥与花生壳质量比例为7:3)倒入到45mL浓度为0.1mol/L的稀盐酸溶液中，升温至100℃并于150rpm转速下恒温搅拌，直至溶液水分完全蒸发；

[0050] (3)将步骤(2)溶液水分蒸发后所得材料置于真空管式炉中热解，热解温度为900℃，升温速率为10℃/min，热解时间为2h，整个过程通高纯氮气保持炉内真空状态，热解结束后冷却至室温取出，最终得到赤泥‑花生壳基复合材料。

[0051] 取0.1g复合材料，分别加入到100mL浓度为50mg/L的pH＝3、4.5、6的磷酸盐溶液中进行吸附试验，吸附2h后取上清液过0.45μm的滤膜，使用紫外分光光度计测定滤液中剩余磷酸盐的浓度分别为1.58mg/L、1.82mg/L、1.98mg/L，计算得出赤泥‑花生壳基复合吸附材料对磷酸盐的去除率达到96.84％、96.36％、96.04％。

[0052] 通过实施例1、实施例2以及实施例3中的性能测试实验，即利用赤泥‑花生壳基复合材料对酸性条件下磷酸盐溶液中磷酸盐的吸附测试实验，可知该复合材料在2h内对于磷酸盐的一次性去除率均达到了96％以上，表现出优良的吸附性能；并且在其他条件不变时，在一定酸碱值区间内随着pH值的下降，吸附性能有微幅提升；同样地，在其他条件不变时，在一定热解温度区间内，随着热解温度的提升，复合材料的吸附性能也有一定的提高。

[0053] 本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

[0054] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。