一种具有供碱释钙能力的钙铝黄长石、其制备方法及其应用

技术领域

本发明属于材料制备和环境工程水处理技术领域，具体涉及一种具有供碱释钙能力的钙铝黄长石、其制备方法及其应用。

背景技术

水是生命之源，但近年来随着国家经济的快速发展，我国的水污染日趋严重。水污染主要是由人类活动、生产的污染物造成，包括工业污染源，农业污染源和生活污染源三大部分。水中磷等营养元素含量超标会导致水体富营养化进而使水体发黑、发臭，甚至在淡水中出现水华、在海水中出现赤潮等现象，对环境和人类健康造成严重威胁。除此之外，水体中重金属含量超标也是造成水体污染的原因之一。重金属污染与其他有机化合物的污染不同，不少有机化合物可以通过自然界本身物理的、化学的或生物的净化，使有害性降低或解除，而重金属具有富集性，很难在环境中降解。废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝类体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。如重金属镉引起的痛痛病、汞引起的水俣病等。

目前水处理技术主要包括生物处理技术和吸附技术，其中生物处理技术包括活性污泥技术、厌氧生物处理技术、生物膜技术等。吸附技术是使用频率较高的方法。因为在实践中，吸附技术的优势是非常明显的，其不仅操作过程比较简单、便捷，并且污水处理过后的水质标准也较高。虽然水处理技术较多，但由于我国对污水处理的关注比较晚，污水处理技术并不成熟且投资相对较少，所以难以实现较好的污水处理效果。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在问题或不足，本发明提供一种具有供碱释钙能力的钙铝黄长石、其制备方法及其应用，该材料可以处理含磷和含重金属的废水，并且去除率高、去除效果稳定，应用前景广阔。

为实现上述发明目的，本发明的实施例提供一种具有供碱释钙能力的钙铝黄长石的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)按比例称取原材料分析纯试剂碳酸钙、氧化硅和氧化铝，使用行星式球磨机混合均匀；

(2)将混合料放入压片机中，经40MPa的压力压制成小圆片；

(3)将小圆片放入刚玉坩埚，再放入高温煅烧炉中煅烧，获得最终材料，最终材料的物相组成为钙铝黄长石2CaO·Al

进一步的，所述步骤(1)中，原材料中分析纯试剂碳酸钙、氧化硅和氧化铝的质量百分比为：CaCO

进一步的，所述步骤(3)中，升温速率为5-10℃/min，800℃时保温1h，最终温度为1300-1400℃，并保温0-2h。

本发明的实施例还提供一种钙铝黄长石，其特征在于，所述钙铝黄长石具有供碱释钙能力。

进一步的，所述钙铝黄长石具有供碱释钙能力采用静态浸出实验进行验证，具体过程如下：将钙铝黄长石以20g/L的投加量加入装有纯水的三角锥形瓶，封口后放入水浴恒温振荡仪中，水浴温度25℃，振荡速度120r/min，在不同时间间隔内取样测pH和钙离子浓度，供碱释钙在2-10h后达到平衡，溶液pH维持在9-10范围内，钙离子浓度维持在20-230mg/L范围内。

本发明的实施例还提供一种具有供碱释钙能力的钙铝黄长石在污水除磷除镉方面的应用。

具体的，一种具有供碱释钙能力的钙铝黄长石在污水除磷方面的应用，包括以下步骤：采用静态吸附实验，将材料以20g/L的投加量加入装有磷酸二氢钾溶液的三角锥形瓶，磷酸根初始浓度(以P计)为50mg/L，封口后放入水浴恒温振荡仪中，水浴温度25℃，振荡速度120r/min，在不同时间间隔内取样测总磷浓度；吸附在6-8h达到平衡，磷去除率接近100％，吸附容量为2.2-2.5mg/g。

具体的，一种具有供碱释钙能力的钙铝黄长石在污水除镉方面的应用，包括以下步骤：采用静态吸附实验，将材料以20g/L的投加量加入装有氯化镉溶液的三角锥形瓶，镉离子初始浓度(以Cd

本发明的上述技术方案的有益效果如下：本发明所提供了一种具有供碱释钙能力的材料，其能够向水溶液中释放钙离子和氢氧根离子，其具有自主调节溶液pH的能力，在吸附过程中无需添加pH调节剂，简化了工艺，节约了成本；其次，本发明提供材料通过化学沉淀和吸附作用达到去除废水中磷酸根和重金属的目的；吸附速率快，并且高效稳定；本发明原料易得，工艺简单，效果显著，体现了材料的多元化，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明所制备的钙铝黄长石的XRD图谱；

图2为本发明所制备的钙铝黄长石的SEM图；

图3为本发明所制备的钙铝黄长石的供碱释钙结果；

图4为本发明所制备的钙铝黄长石除磷除镉结果。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。

本发明提供了一种具有供碱释钙能力材料，为钙铝黄长石，具有向水溶液中释放钙离子和氢氧根离子的能力，其制备包括如下步骤：

以分析纯试剂碳酸钙、氧化硅和氧化铝为原材料，按各组分质量百分比CaCO

将混合料放入压片机中，经40MPa的压力压制成小圆片；

将小圆片放入刚玉坩埚，再放入高温煅烧炉中煅烧，升温速率为5-10℃/min，800℃时保温1h，最终温度为1300-1400℃，并保温0-2h，获得最终材料钙铝黄长石2CaO·Al

下面结合几个具体实施例进一步阐述本发明的技术方案。

实施例1：

以分析纯试剂碳酸钙、氧化硅和氧化铝为原材料，按各组分质量百分比CaCO

实施例2:

采用静态浸出实验，将实施例1中制备的材料以20g/L的投加量加入装有纯水的三角锥形瓶，封口后放入水浴恒温振荡仪中，水浴温度25℃，振荡速度120r/min，在不同时间间隔内取样测pH和钙离子浓度，结果如图3所示。供碱在10h左右达到平衡，最终溶液pH在9.1左右，释钙在2h后基本维持平衡，钙离子浓度在30mg/L左右。

实施例3:

采用静态吸附实验，将实施例1中制备的材料以20g/L的投加量加入装有磷酸二氢钾溶液的三角锥形瓶，磷酸根初始浓度(以P计)为50mg/L，封口后放入水浴恒温振荡仪中，水浴温度25℃，振荡速度120r/min，在不同时间间隔内取样测总磷浓度，结果如图4(a)所示。吸附在8h达到平衡，磷去除率接近100％，吸附容量为2.5mg/g，表明钙铝黄长石能有效地除磷。

实施例4:

采用静态吸附实验，将实施例1中制备的材料以20g/L的投加量加入装有氯化镉溶液的三角锥形瓶，镉离子初始浓度(以Cd

本发明的原理：

(1)钙铝黄长石的供碱释钙能力与其晶体结构有关。钙铝黄长石属于四方晶系，空间群为P-42

(2)钙铝黄长石除磷。磷酸根存在形式与溶液pH值密切相关：当pH＝5-10时，以磷酸二氢根H

5Ca

5Ca

5Ca

3Ca

(3)钙铝黄长石除镉。钙铝黄长石具有供碱的性能，释放的OH

Cd

以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，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。