申请日2018.05.25
公开(公告)日2018.10.23
IPC分类号B01J20/10; B01J20/30; C02F1/28; C01B33/32; C02F101/16
摘要
本发明提供了一种正硅酸盐类化合物脱铵材料的制备方法及其在污水脱铵中的应用，属于污染水脱铵技术领域，正硅酸盐类化合物的化学式为Na2MSiO4，其中，M为Zn2+、Cu2+、Ni2+、Co2+、Mn2+或Fe2+中的一种，过渡金属离子M2+与硅原子及氧原子形成负电性骨架再以钠离子作为中和电荷，形成具有开放性骨架和通道的晶体结构，当所述正硅酸盐类化合物脱铵材料在污水脱铵时，污水中的铵根离子替换晶体结构中的钠离子形成(NH4)2MSiO4晶体;当把(NH4)2MSiO4晶体置于钠离子盐溶液中时，钠离子替换(NH4)2MSiO4晶体中的铵根离子再生成正硅酸盐类化合物脱铵材料Na2MSiO4晶体。本发明吸附量大，无毒环保、低浓度铵根离子吸附效果好，循环性好，对铵根离子具有极高的吸附选择性，使用寿命长，生产成本低，耐有机物污染。
翻译权利要求书
1.一种正硅酸盐类化合物脱铵材料的制备方法，所述正硅酸盐类化合物的化学式为Na2MSiO4，其中，M为Zn2+、Cu2+、Ni2+、Co2+、Mn2+或Fe2+中的一种，其特征在于，所述正硅酸盐类化合物脱铵材料的制备方法包括，称取一定质量的过渡金属盐类化合物、硅酸钠和丙酮，研磨机中研磨后，真空干燥箱中干燥，得原料混合粉;将所述原料混合粉放在马弗炉中焙烧后自然降温至室温，去离子水清洗即得正硅酸盐类化合物脱铵材料。
2.根据权利要求1所述的正硅酸盐类化合物脱铵材料的制备方法，其特征在于，所述硅酸钠与所述过渡金属盐类化合物的物质的量之比为3:1～1:4。
3.根据权利要求2所述的正硅酸盐类化合物脱铵材料的制备方法，其特征在于，所述丙酮的质量与所述硅酸钠和所述过渡金属盐类化合物的质量之和的比为1:8～1:6。
4.根据权利要求3所述的正硅酸盐类化合物脱铵材料的制备方法，其特征在于，所述过渡金属盐类化合物为碳酸锌、草酸铁、乙酸铜、碳酸锰、碳酸镍、或碳酸钴中的一种。
5.根据权利要求4所述的正硅酸盐类化合物脱铵材料的制备方法，其特征在于，研磨机的转速为300-500rpm，研磨时间为2-6h;所述真空干燥箱的干燥温度为50-150℃，干燥时间为1-4h;所述马弗炉的焙烧温度为700～1000℃，焙烧时间为5-10h，升温速率为1～10℃/mim。
6.如权利要求1-5任一项所述的正硅酸盐类化合物脱铵材料在污水脱铵中的应用。
7.根据权利要求6所述的正硅酸盐类化合物脱铵材料在污水脱铵中的应用，其特征在于，所述所述正硅酸盐类化合物脱铵材料通过过渡金属离子M2+与硅原子及氧原子形成负电性骨架再以钠离子作为中和电荷，形成具有开放性骨架和通道的晶体结构。
8.根据权利要求7所述的正硅酸盐类化合物脱铵材料在污水脱铵中的应用，其特征在于，当所述正硅酸盐类化合物脱铵材料在污水脱铵时，污水中的铵根离子替换所述晶体结构中的钠离子形成(NH4)2MSiO4晶体;当把所述(NH4)2MSiO4晶体置于钠离子盐溶液中时，所述钠离子替换所述(NH4)2MSiO4晶体中的铵根离子再生成正硅酸盐类化合物脱铵材料Na2MSiO4晶体。
9.根据权利要求8所述的正硅酸盐类化合物脱铵材料在污水脱铵中的应用，其特征在于，所述钠离子盐溶液的物质的量浓度为0.1～4mol/L，所述钠离子盐溶液为氯化钠溶液、硫酸钠溶液、硝酸钠溶液、碳酸钠溶液中的一种。
说明书
正硅酸盐类化合物脱铵材料的制备方法及其在污水脱铵中的应用
技术领域
本发明涉及污水脱铵技术领域，尤其涉及一种正硅酸盐类化合物脱铵材料的制备方法及其在污水脱铵中的应用，适合工业污水脱铵的大规模推广应用。
背景技术
水体中铵氮含量，是评价水体污染程度的一个重要指标。按照国家地表水环境质量标准(GB 3838-2002)的规定，地表Ⅲ类水的铵氮(以N计)浓度为≤1ppm，针对这个浓度限值，采用离子交换法可以实现中低浓度铵氮水体中铵氮的有效去除，但是目前用于水体脱铵的材料有沸石、改性分子筛、改性阳离子交换树脂等，但是这些市售的脱铵材料存在吸附容量低、选择性差、循环性差、寿命短的缺点。因此，急需提供一种吸附容量高、选择性好、循环性好、寿命长的针对低浓度铵氮废水处理的选择性脱铵材料。
水体中的铵氮主要是以带正电的铵离子的形式存在，因此可以采用阳离子交换材料进行水体中铵氮的交换和去除。阳离子交换法，是利用阳离子交换材料与溶液中的阳离子发生交换而进行阳分离的方法，该方法具有产水指标稳定和工艺简单的特点，目前用于中低浓度铵氮水体脱铵的阳离子交换材料有沸石、改性分子筛、改性阳离子交换树脂等。但是，沸石和改性分子筛对于水体中的阳离子的选择性不高，而且总体吸附容量很低，在多种阳离子共存的实际水体中，由于沸石和改性分子筛容易吸附钙离子、镁离子等离子，导致沸石和改性分子筛上的交换位点的有效利用率非常低，同时由于沸石在再生过程中，吸附的钙离子和镁离子不容易被洗脱下来，导致沸石和改性分子筛上的交换位点逐渐失效而减少，导致铵氮的吸附容量呈不可逆下降。改性阳离子交换树脂的骨架结构为有机骨架，骨架是带负电的，能够和水体中的阳离子进行静电吸引作用而发生离子交换，虽然改性阳离子交换树脂的交换容量相对沸石来说比较大，但是在实际水体中，对铵离子的选择性很差，几乎对水体中所有阳离子都具有吸附作用，特别是优先吸附水体中的二价钙离子和镁离子，而且改性阳离子交换树脂的致命缺点是容易受到水体中的带正电的有机物的污染而失效，降低改性阳离子交换树脂的循环性和使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对铵离子吸附容量大、吸附选择性高、生产成本低、可循环使用、性能稳定、无毒环保、低浓度铵根离子吸附效果好、抗污染的正硅酸盐类化合物脱铵材料，以解决上述背景技术中传统的脱铵材料吸附容量小、吸附选择性低、易受有机物污染、寿命短、循环性差的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一种正硅酸盐类化合物脱铵材料的制备方法，所述正硅酸盐类化合物的化学式为Na2MSiO4，其中，M为Zn2+、Cu2+、Ni2+、Co2+、Mn2+或Fe2+中的一种，所述正硅酸盐类化合物脱铵材料的制备方法包括，称取一定质量的过渡金属盐类化合物、硅酸钠和丙酮，研磨机中研磨后，真空干燥箱中干燥，得原料混合粉;将所述原料混合粉放在马弗炉中焙烧后自然降温至室温，去离子水清洗即得正硅酸盐类化合物脱铵材料。
进一步的，所述硅酸钠与所述过渡金属盐类化合物的物质的量之比为3:1～1:4。
进一步的，所述丙酮的质量与所述硅酸钠和所述过渡金属盐类化合物的质量之和的比为1:8～1:6。
进一步的，所述过渡金属盐类化合物为碳酸锌、草酸铁、乙酸铜、碳酸锰、碳酸镍、或碳酸钴中的一种。
进一步的，研磨机的转速为300-500rpm，研磨时间为2-6h;所述真空干燥箱的干燥温度为50-150℃，干燥时间为1-4h;所述马弗炉的焙烧温度为700～1000℃，焙烧时间为5-10h，升温速率为1～10℃/mim。
如上所述的正硅酸盐类化合物脱铵材料在污水脱铵中的应用。
进一步的，所述所述正硅酸盐类化合物脱铵材料通过过渡金属离子M2+与硅原子及氧原子形成负电性骨架再以钠离子作为中和电荷，形成具有开放性骨架和通道的晶体结构。
进一步的，当所述正硅酸盐类化合物脱铵材料在污水脱铵时，污水中的铵根离子替换所述晶体结构中的钠离子形成(NH4)2MSiO4晶体;当把所述(NH4)2MSiO4晶体置于钠离子盐溶液中时，所述钠离子替换所述(NH4)2MSiO4晶体中的铵根离子再生成正硅酸盐类化合物脱铵材料Na2MSiO4晶体。
进一步的，所述钠离子盐溶液的物质的量浓度为0.1～4mol/L，所述钠离子盐溶液为氯化钠溶液、硫酸钠溶液、硝酸钠溶液、碳酸钠溶液中的一种。
本发明有益效果：本发明制备的脱铵材料适用于中低浓度铵氮废水的处理(NH3-N≤200ppm)，经过脱铵材料处理后的产水铵氮浓度<1ppm，达到地表Ⅲ类水的铵氮浓度要求。在多种阳离子共存的实际水体中，对铵离子具有极高的选择性，该脱铵材料基本不吸附钙离子、镁离子、钾离子及钠离子，解决了市售脱铵材料的选择性低的问题，有利于提高脱铵材料的吸附位点的有效利用率。对铵氮的理论饱和吸附容量约为140mg/g，远高于市售的沸石、改性分子筛、改性阳离子交换树脂等脱铵材料，从合成上解决了脱铵材料的低吸附容量的问题。使用寿命超过600次，使用过程中的吸附容量的波动为±5%，具有良好的循环性，使用寿命长，解决了脱铵材料在实际水体铵氮的处理过程中吸附容量急剧衰退的问题，降低了脱铵材料使用的运行成本。耐有机物污染，由于该材料属于无机型吸附材料，对水中有机物的污染具有良好的抵抗作用，比市售的有机型离子交换树脂更加具有抗有机物污染的优势。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
