一种处理氨氮工业废水用改性麦饭石滤料及制备方法

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体涉及用于氨氮污水处理的滤料，尤其是涉及一种处理氨氮工业废水用改性麦饭石滤料及制备方法。

背景技术

氨氮是水体中常见污染物之一，主要来源于化肥、焦化、石化、制药、食品、垃圾填埋场等，大量氨氮废水排入水体不仅引起水体富营养化、造成水体黑臭，氨氮含量超标会造成水体富营养化，造成水体黑臭和鱼类大量死亡，甚至对人群及生物产生毒害作用，造成严重的环境污染问题，因此，针对氨氮废水的处理成为当今社会的重点课题。针对氨氮废水的实用性较好的处理工艺主要有生物脱氮法、氨吹脱、汽提法、折点氯化法、离子交换法等。

目前，处理水中氨氮常用生物硝化法，效率低、周期长、成本高，对部分水处理厂不适用且实施难度大，而吸附法处理氨氮具有成本低，操作简便的优势。麦饭石是一种天然硅酸盐矿物，对生物无毒、无害并具有一定生物活性。麦饭石主要成分是二氧化硅、氧化铝，具有多孔性，吸附能力强，对水质有较好的净化作用，可作为处理氨氮废水的吸附剂。但天然麦饭石的取出能力有限，而通过可改善其吸附性能，改性滤料是基于迁移和吸附机理，通过物理或化学反应的手段将改性剂黏附在滤料的表面上，以改变其表面性质，既可以保持传统滤料的过滤功能，又能增加对特定污染物的吸附性能。

专利申请号201410781079.6公开了一种改性麦饭石的制备方法。该方法通过将麦饭石焙烧后粉碎，并筛取颗粒大小为40~80目之间的麦饭石，并分步与氯化氢溶液以功率60W的超声波辐射浸泡、与氯化钠溶液在10~30MPa下负压浸渍、与氯化锂溶液于25℃下以180r/min的速度振荡浸泡、与氯化铝溶液在90℃下以100r/min的速率振荡浸泡以及与双氧水浸泡，经过浸泡后的麦饭石，大大提高了麦饭石的离子交换能力和吸附能力，可用于吸附去除氨氮和重金属离子，达到净化水体的作用。

专利申请号201310720358.7公开了一种快速净化海水养殖水体的麦饭石净水剂，其要点是快速海水养殖净水剂主要由麦饭石和稻壳组成。经过微切助粉碎、浸泡搅拌、挤压烘干、筛分包装为成品。在净水过滤过程中，通过微切助技术增加麦饭石的比表面积，吸附去除颗粒态和胶体态的污染物质，还能有效地去除水体富营养化的主要污染物氨氮、亚硝酸氮和H

专利申请号201510070284.6公开了一种水体净化复合絮凝剂及其制备与应用方法，以特定用量的硅藻土、聚合氯化铝和麦饭石综合复配，采用混合烘干的方式制备得到，制备工艺简单、原料易得、成本低、所得水体净化复合絮凝剂无毒无害，适于大规模生产。本发明水体净化复合絮凝剂的应用方法简单易行，成本低，水体净化复合絮凝剂投加量小，见效快，对水中的总磷、藻类、浊度等具有很好的去除效果，对CODMn、总氮、氨氮也有很好的去除效果。

专利申请号201710152510.4公开了一种低成本印染废水处理剂，由以下按照重量份的原料组成：聚丙烯酰胺20~25份、粉煤灰45~50份、壳聚糖12~18份、秸秆粉30~35份、锯末粉25~30份、醋酸钠8~12份、活性麦饭石12~16份、聚合硫酸铝铁15~19份、硫酸镁3~6份、阳离子型淀粉衍生物21~24份、单硬脂酸甘油酯2~5份、萤石6~10份、木质素磺酸钠3~7份。此发明制备的印染废水处理剂具有高效的净化能力，能够有效降低生活污水中的COD、BOD、SS、氨氮及色度，处理效果好，且使用方便，大大降低了印染废水的处理难度。

由此可见，现有技术中利用天然麦饭石处理水体中氨氮等污染物时，去除能力相当有限，而这一问题可通过对滤料进行改性得以改善，但现有的改性技术存在效果不理想的问题。

发明内容

为有效解决上述技术问题，本发明提出了一种处理氨氮工业废水用改性麦饭石滤料及制备方法，可有效提高改善麦饭石滤料的吸附性能，对废水中氨氮污染物的去除能力强。

本发明的具体技术方案如下：

一种处理氨氮工业废水用改性麦饭石滤料的制备方法，所述改性麦饭石滤料是由麦饭石浸泡于盐酸溶液中处理，取出后与羧甲基壳聚糖、海藻酸钠加入水中，加热搅拌后取出固体物，再加入氢氧化钠溶液浸泡，结束后滤出固体物，加入磷酸铵镁烧结物、碳酸氢钠,模压、干燥，制得处理氨氮工业废水用改性麦饭石滤料。，具体的制备步骤为：

a、将麦饭石用去离子水洗净，加入0.1mol/L的盐酸溶液中，浸泡一段时间，滤出后利用去离子水多次清洗，制得酸处理的麦饭石；

b、将步骤a制得的酸处理后的麦饭石加入羧甲基壳聚糖、海藻酸钠和水组成的混合溶液中，加热搅拌，结束后滤出，制得具有表面活性基团的麦饭石；

c、将步骤b制得的具有表面活性基团的麦饭石加入0.1mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡，结束后滤出固体物，加入磷酸铵镁烧结物、碳酸氢钠,模压、干燥，制得处理氨氮工业废水用改性麦饭石滤料。

优选的，所述步骤a中，麦饭石的粒径为0.8~1.2mm。

优选的，所述步骤a中，麦饭石、盐酸溶液的质量比例为1:5~10。

优选的，所述步骤a中，浸泡时间为1~3h。

优选的，所述步骤b中，加热搅拌的温度为50~90℃，搅拌转速为500~600r/min，时间为3~5h。

优选的，所述步骤b中，麦饭石30~40重量份、羧甲基壳聚糖10~20重量份、海藻酸钠1~3重量份、水100-200重量份。

优选的，所述步骤c中，具有表面活性基团的麦饭石、氢氧化钠溶液的质量比例为1:5~10。

优选的，所述步骤c中，浸泡时间为2~4h。

优选的，所述步骤c中，磷酸铵镁烧结物用量为具有表面活性基团的麦饭石质量的5-10%；碳酸氢钠用量为具有表面活性基团的麦饭石质量的0.5-1%。所述的干燥温度控制在100℃，从而使碳酸氢钠度模压料发泡产生丰富的气孔。所述的磷酸铵镁烧结物为磷酸铵镁在80℃烧结2h的产物。

麦饭石虽然可通过离子交换和表面配位，可吸附氨氮污染物，但吸附效率不高，而壳聚糖分子中含有许多活泼的羟基，尤其是羟甲基壳聚糖作为水溶性壳聚糖衍生物，在助剂海藻酸钠的作用下与羧甲基壳聚糖进行交联，可有效增加麦饭石滤料的表面活性基团，显著提高了麦饭石滤料的吸附性能。

本发明上述内容还提出一种处理氨氮工业废水用改性麦饭石滤料，由以下步骤制得：a、将麦饭石用洗净后加入盐酸溶液浸泡，制得酸处理的麦饭石；b、加入羧甲基壳聚糖、海藻酸钠和水组成的混合溶液中，加热搅拌应，制得具有表面活性基团的麦饭石；c、加入氢氧化钠溶液中浸泡并发生反应，过滤、加入磷酸铵镁烧结物、碳酸氢钠,模压、干燥，制得处理氨氮工业废水用改性麦饭石滤料。

本发明的有益效果为：

1.提出了利用羟甲基壳聚糖在麦饭石表面改性制备处理氨氮工业废水用改性麦饭石滤料的方法。

2.本发明将麦饭石在助剂海藻酸钠的作用下与羧甲基壳聚糖进行改性，增加了麦饭石滤料的表面活性基团，提高了麦饭石滤料的吸附性能。

3.本发明制备的麦饭石滤料在处理氨氮废水中，既能发挥麦饭石对氨氮的吸附作用，又能通过加入磷酸铵镁烧结物的吸附性提升对水中氨氮的去除能力。

4. 本发明制备工艺简单，制得的改性麦饭石滤料具有安全环保，不产生二次污染等优点。

附图说明

图1：实施例1得到的改性麦饭石滤料实物图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。

实施例1

a、将平均粒径为1.1mm的麦饭石用去离子水洗净，加入0.1mol/L的盐酸溶液中，麦饭石、盐酸溶液的质量比例为1:7；浸泡2h，滤出后利用去离子水多次清洗，制得酸处理的麦饭石；

b、将步骤a制得的酸处理后的麦饭石加入羧甲基壳聚糖、海藻酸钠和水组成的混合溶液中，加热搅拌，温度为70℃，搅拌转速为560r/min，时间为4h；结束后滤出，制得具有表面活性基团的麦饭石；其中，麦饭石34重量份、羧甲基壳聚糖14重量份、海藻酸钠2重量份、水100重量份；

c、按照表面具有活性基团的麦饭石、氢氧化钠溶液的质量比为1:7，将步骤b制得的具有表面活性基团的麦饭石加入0.1mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡，浸泡时间为3h，反应结束后滤出固体物，加入磷酸铵镁烧结物、碳酸氢钠,模压、100℃干燥，制得处理氨氮工业废水用改性麦饭石滤料。磷酸铵镁烧结物用量为具有表面活性基团的麦饭石质量的5%；碳酸氢钠用量为具有表面活性基团的麦饭石质量的0.5%。所述的磷酸铵镁烧结物为磷酸铵镁在80℃烧结2h的产物。如附图1所示，通过模压干燥发泡的滤料具有丰富的微孔。

实施例2

a、将平均粒径为0.8mm的麦饭石用去离子水洗净，加入0.1mol/L的盐酸溶液中，麦饭石、盐酸溶液的质量比例为1:5；浸泡1h，滤出后利用去离子水多次清洗，制得酸处理的麦饭石；

b、将步骤a制得的酸处理后的麦饭石加入羧甲基壳聚糖、海藻酸钠和水组成的混合溶液中，加热搅拌，温度为50℃，搅拌转速为500r/min，时间为5h；，结束后滤出，制得具有表面活性基团的麦饭石；其中，麦饭石30重量份、羧甲基壳聚糖10重量份、海藻酸钠1重量份、水120重量份；

c、按照具有表面活性基团的麦饭石、氢氧化钠溶液的质量比例为1:5，将步骤b制得的具有表面活性基团的麦饭石加入0.1mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡，浸泡时间为2h，反应结束后滤出固体物，加入磷酸铵镁烧结物、碳酸氢钠,模压、100℃干燥，制得处理氨氮工业废水用改性麦饭石滤料。磷酸铵镁烧结物用量为具有表面活性基团的麦饭石质量的8%；碳酸氢钠用量为具有表面活性基团的麦饭石质量的0.5%。所述的磷酸铵镁烧结物为磷酸铵镁在80℃烧结2h的产物。

实施例3

a、将平均粒径为1.2mm的麦饭石用去离子水洗净，加入0.1mol/L的盐酸溶液中，麦饭石、盐酸溶液的质量比例为1: 10，浸泡3h，滤出后利用去离子水多次清洗，制得酸处理的麦饭石；

b、将步骤a制得的酸处理后的麦饭石加入羧甲基壳聚糖、海藻酸钠和水组成的混合溶液中，加热搅拌，温度为90℃，搅拌转速为600r/min，时间为3h；结束后滤出，制得具有表面活性基团的麦饭石；其中，麦饭石40重量份、羧甲基壳聚糖20重量份、海藻酸钠3重量份、水120重量份；

c、按照具有表面活性基团的麦饭石、氢氧化钠溶液的质量比例为1: 10，将步骤b制得的具有表面活性基团的麦饭石加入0.1mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡，浸泡时间为4h，反应结束后滤出固体物，加入磷酸铵镁烧结物、碳酸氢钠,模压、100℃干燥，制得处理氨氮工业废水用改性麦饭石滤料。磷酸铵镁烧结物用量为具有表面活性基团的麦饭石质量的10%；碳酸氢钠用量为具有表面活性基团的麦饭石质量的0.8%。所述的磷酸铵镁烧结物为磷酸铵镁在80℃烧结2h的产物。

实施例4

a、将平均粒径为0.9mm的麦饭石用去离子水洗净，加入0.1mol/L的盐酸溶液中，麦饭石、盐酸溶液的质量比例为1:6，浸泡1.5h，滤出后利用去离子水多次清洗，制得酸处理的麦饭石；

b、将步骤a制得的酸处理后的麦饭石加入羧甲基壳聚糖、海藻酸钠和水组成的混合溶液中，加热搅拌，温度为60℃，搅拌转速为580r/min，时间为4.5h；结束后滤出，制得具有表面活性基团的麦饭石；其中，麦饭石32重量份、羧甲基壳聚糖12重量份、海藻酸钠1重量份、水130重量份；

c、按照具有表面活性基团的麦饭石、氢氧化钠溶液的质量比例为1:7，将步骤b制得的具有表面活性基团的麦饭石加入0.1mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡，浸泡时间为2.5h，反应结束后滤出固体物，加入磷酸铵镁烧结物、碳酸氢钠,模压、100℃干燥，制得处理氨氮工业废水用改性麦饭石滤料。磷酸铵镁烧结物用量为具有表面活性基团的麦饭石质量的10%；碳酸氢钠用量为具有表面活性基团的麦饭石质量的1%。所述的磷酸铵镁烧结物为磷酸铵镁在80℃烧结2h的产物。

对比例1

a、将平均粒径为1.1mm的麦饭石用去离子水洗净，加入0.1mol/L的盐酸溶液中，麦饭石、盐酸溶液的质量比例为1:7；浸泡2h，滤出后利用去离子水多次清洗，制得酸处理的麦饭石；

b、将步骤a制得的酸处理后的麦饭石加入海藻酸钠和水组成的混合溶液中，加热搅拌，温度为70℃，搅拌转速为560r/min，时间为4h；结束后滤出，制得具有表面活性基团的麦饭石；其中，麦饭石34重量份、海藻酸钠2重量份、水100重量份；

c、按照表面具有活性基团的麦饭石、氢氧化钠溶液的质量比为1:7，将步骤b制得的具有表面活性基团的麦饭石加入0.1mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡，浸泡时间为3h，反应结束后滤出固体物，加入磷酸铵镁烧结物、碳酸氢钠,模压、100℃干燥，制得处理氨氮工业废水用改性麦饭石滤料。磷酸铵镁烧结物用量为具有表面活性基团的麦饭石质量的5%；碳酸氢钠用量为具有表面活性基团的麦饭石质量的0.5%。所述的磷酸铵镁烧结物为磷酸铵镁在80℃烧结2h的产物。

对比例1没有利用羧甲基壳聚糖处理麦饭石。

对比例2

a、将平均粒径为1.1mm的麦饭石用去离子水洗净，加入0.1mol/L的盐酸溶液中，麦饭石、盐酸溶液的质量比例为1:7；浸泡2h，滤出后利用去离子水多次清洗，制得酸处理的麦饭石；

b、将步骤a制得的酸处理后的麦饭石加入羧甲基壳聚糖、海藻酸钠和水组成的混合溶液中，加热搅拌，温度为70℃，搅拌转速为560r/min，时间为4h；结束后滤出，制得具有表面活性基团的麦饭石；其中，麦饭石34重量份、羧甲基壳聚糖14重量份、海藻酸钠2重量份、水100重量份；

c、按照表面具有活性基团的麦饭石、氢氧化钠溶液的质量比为1:7，将步骤b制得的具有表面活性基团的麦饭石加入0.1mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡，浸泡时间为3h，反应结束后滤出固体物，加入碳酸氢钠,模压、100℃干燥，制得处理氨氮工业废水用改性麦饭石滤料。碳酸氢钠用量为具有表面活性基团的麦饭石质量的0.5%。所述的磷酸铵镁烧结物为磷酸铵镁在80℃烧结2h的产物。

对比例2没有加入磷酸铵镁烧结物辅助提升氨氮吸附性。

上述实施例1~4及对比例1制得的改性麦饭石滤料，测试其氨氮废水处理实验的污水中氨氮质量浓度，测试表征的方法或条件如下：

氨氮废水处理实验的氨氮质量浓度：裁取50g麦饭石滤料，加入5000mL的氨氮污水，污水为质量浓度为100mg/L的氨氮模拟污水，在28℃恒温浸泡，分别于15min、30min、60min、120min时取样，采用纳氏试剂光度法测定残余氨氮浓度，每次做3个平行样，取平均值。

结果如表1所示。

表1：