申请日20200320
公开(公告)日20200630
IPC分类号B01J20/20; B01J20/30; C02F1/28; C02F101/10
摘要
本发明提供一种木质素磺酸钙衍生炭在去除废水中磷的应用，将木质素磺酸钙衍生炭应用于去除废水中的磷(PO43‑)。并且提供了所述木质素磺酸钙衍生炭的制备方法，包括以下步骤：将木质素磺酸钙置于碳化炉中，维持一定的升温速率从室温升温到碳化温度为350～450℃、800℃，维持碳化时间1～3h后，自然降温并冷却到室温后即得木质素磺酸钙衍生炭，碳化过程和冷却过程均在氮气气氛下进行。本发明应用不仅具有吸附效果好，处理操作简单、不需要进行调节pH的优点;本发明所用吸附剂还具有制备工艺简单，生产周期短，碳化温度低等优势，合适工业化生产及应用。
权利要求书
1.一种木质素磺酸钙衍生炭去除废水中磷的应用，其特征在于，所述木质素磺酸钙衍生炭吸附废水中的PO43-。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，废水的pH为3～12。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，废水的pH为9～11。
4.根据权利要求1～3任一项所述的应用，其特征在于，木质素磺酸钙衍生炭进行粉磨并过80～100目筛。
5.根据权利要求1～3任一项所述的应用，其特征在于，过筛后的木质素磺酸钙衍生炭采用去离子水水洗3～5次，在60～100℃下干燥24h。
6.根据权利要求1～3任一项所述的应用，其特征在于，所述木质素磺酸钙衍生炭的制备方法，包括以下步骤：将木质素磺酸钙置于碳化炉中，维持一定的升温速率从室温升温到碳化温度为350～450℃、800℃，维持碳化时间1～3h后，自然降温并冷却到室温后即得木质素磺酸钙衍生炭，碳化过程和冷却过程均在氮气(N2)气氛下进行。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，通入N2的流速为400mL/min。
8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述升温速率为5～15℃/min。
9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述碳化温度为350～450℃，碳化时间为2h。
10.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，加热碳化过程采用管式碳化炉。
说明书
木质素磺酸钙衍生炭在去除废水中磷的应用
技术领域
本发明属于水处理领域，特别涉及木质素磺酸钙衍生炭在去除废水中磷的应用。
背景技术
随着社会的快速发展，人类活动如工业废水、农田灌溉水和生活污水等大量排放，造成严重的水体富营养化。水体富营养化会致使藻类及其他微生物过度繁殖、水中溶解氧迅速降低，导致水质降低、严重破坏水体生态环境。水体富营养化是全球一种常见的水污染现象，全球至少80%的水体都处于富营养化现象。过量的氮、磷进入水体是引起富营养化的主要原因。氮是控制湖泊、河流富营养化的重要因素，而磷却是水体富营养化的最主要制约因素。当水体中总磷浓度超过0.02mg/L时，水体即处于富营养化状态。解决水体富营养化问题的关键是减少水体中的磷含量。
目前，去除废水中磷(PO43-)的方法有化学沉淀法、离子交换法、生物法和吸附法等。在这些方法中，吸附法是一种操作简单、高效快捷且成本低廉的处理技术，吸附除磷的关键在于开发高效、成本低廉且无二次污染的吸附材料。吸附材料大致可以分为：天然材料、工业废渣、碳素吸附材料等，并对这些材料进行改性，以提高吸附效果和吸附容量，从而实现吸附除磷的高效性和经济性。其中生物炭因其制备工艺简单、绿色环保、比表面积大、吸附性能优良等特性在磷酸盐吸附方面广泛应用。
但是，单纯的生物质炭作为吸附剂通常对金属阳离子和有机污染物具有较强的吸附能力，而对阴离子污染物(如磷酸根，PO43-)的吸附能力有限。中国专利文献CN110652963A(201911059431.4)公开了一种碳酸镧改性污泥制备生物炭的方法，其制备方法是首先将竹屑和污泥按质量之比为1:1混合，用粉碎机打碎5～10分钟，过80目～200目筛，以10～15℃/h的升温速率到600℃，保持600℃恒温1h进行热解得到共热解污泥生物炭，将共热解污泥生物炭加入镧离子的金属盐溶液，加热并利用碳酸盐溶液调节至pH为8～9，恒温静置，分离得到碳酸镧修饰的共热解污泥生物炭;所述共热解污泥生物炭通过将污泥和竹屑共热解制得。但是上述制备方法需要用到碳酸镧这种价格较昂贵的材料，而且制备工艺过程复杂。因此，开发一种成本低廉、无需单独引入金属离子、制备过程便捷的吸附剂工艺或技术具有广泛的市场前景和学术价值。
发明内容
本发明为了解决现有技术中生物质炭作为吸附剂去除废水中磷，存在的吸附剂价格昂贵、制备方法复杂的问题，提供一种木质素磺酸钙衍生炭在去除废水中磷的应用，实现木质素磺酸盐的低成本和高价值化利用。
为了实现上述目的，本发明提供一种木质素磺酸钙衍生炭在去除废水中磷的应用，利用木质素磺酸钙衍生炭吸附去除废水中的磷(PO43-)。
优选的，废水的pH为3～12。进一步优选为pH为3～11;更进一步优选为pH为9～11。
优选的，木质素磺酸钙衍生炭吸附去除废水中磷的吸附时间为4h;所述废水中的PO43-初始浓度为3～13mg/L。
优选的，木质素磺酸钙衍生炭吸附去除废水中磷的应用温度为20～50℃。
优选的，将木质素磺酸钙衍生炭进行粉磨并过80～100目筛，增加生物炭的接触面积。
进一步优选的，过筛后的衍生炭采用去离子水水洗3～5次，以去除表面杂质，在60～100℃下干燥24h，以去除生物炭水分。
优选的，所述木质素磺酸钙衍生炭的制备方法，包括以下步骤：将木质素磺酸钙置于碳化炉中，维持一定的升温速率从室温升温到碳化温度为350～450℃、800℃，维持碳化时间1～3h后，自然降温，冷却到室温后即得木质素磺酸钙衍生炭，碳化过程和冷却过程均在氮气(N2)气氛下进行。
进一步优选的，所述升温速率为5～15℃/min。本发明中室温指的是25～30℃。
进一步优选的，所述氮气(N2)的流速为400mL/min。
进一步优选的，所述碳化温度为350～450℃，进一步优选为400℃。
进一步优选的，所述碳化时间为2h;加热碳化过程采用管式碳化炉。
本发明实施例提供的一个或者多个技术方案，至少具有以下有益效果：
(1)本发明将木质素磺酸钙制备衍生炭应用于去除废水中的磷，废水pH为3～11范围内时，都具有很好的吸附效果，使用范围更广，能够处理大部分的含磷废水，不需要进行调节pH，操作简单;且还具有调节废水pH的作用，吸附后废水pH为6～8。
(2)利用木质素磺酸钙制备衍生炭，由于木质素磺酸钙含有金属离子钙，减少了向碳化材料中添加金属离子的过程，简化了制备富钙生物炭吸附剂的工艺。
(3)本发明制备木质素磺酸钙衍生炭的工艺具有操作简单、生产周期短、碳化温度低、不需要特殊的化工设备、易于实现工业化生产的优势。
(4)所制备吸附剂材料以木质素磺酸钙为主要原料，是一种环境友好材料，具有废物资源化、减少环境污染、实现木质素高值化利用的优点。（发明人张记市;张亚杉;臧立华）