CN109231842A

CN109231842A - 一种降低水质总磷指标的发泡玻璃材料及其制备方法

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Publication number: CN109231842A
Application number: CN201811230239.2A
Authority: CN
Inventors: 李少锋; 末吉俊治; 竹内義章; 马场贵志; 佐藤重臣
Original assignee: Shenzhen Youlikai Biological Environmental Protection Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Youlikai Biological Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2019-01-18

Abstract

本发明公开了一种降低水质总磷指标的发泡玻璃材料及其制备方法，通过专门的技术把废弃玻璃瓶通过一系列的处理，变成可以改善水质总磷指标的发泡微孔隙硅轻石。所述发泡微孔隙硅轻石的孔径为0.3～0.8mm，吸水率2～5%，应力1700～2600N，比重0.2～0.5g/ml；所述发泡微孔隙硅轻石由发泡混合物经高温绕结后制得，发泡混合物包括以下重量百分比的组份：玻璃粉末：90～95，碳化硅：0.5～1.2，活性炭：0.5～1。本发明出来的发泡玻璃材料，可以通过吸附作用降低污水中的磷，已经吸附磷的发泡玻璃可以用硝酸和柠檬酸以高纯度形式回收，并且对环境友好。

Description

一种降低水质总磷指标的发泡玻璃材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及发泡玻璃材料技术领域，尤其是一种降低水质总磷指标的发泡玻璃材料及其制备方法。本发明出来的发泡玻璃材料，可以通过吸附作用降低污水中的磷，已经吸附磷的发泡玻璃可以用硝酸和柠檬酸以高纯度形式回收。

背景技术

在化肥制造行业，工厂的磷酸装置生产中排出大量废水，同时在涂装行业，电镀行业，电子产品蚀刻工艺中，都有大量的含磷废水，含磷废水主要包括磷酸根离子和次亚磷酸根离子，含磷废水的排放会导致水体的富营养化，造成环境污染，影响水产养殖发展，同时危害人体健康，所以需要对含磷废水进行处理达到国家标准才能排放。

除磷方法主要分为生物法，化学法，吸附法三种方式。

生物法除磷是基于噬磷菌在好氧及厌氧条件下，摄取及释放磷的原理,通过好氧-厌氧的交替运行来实现除磷。生物法除磷工艺自20世纪70年代以来得到快速发展，其对原有废水生化处理设备的合理利用(不需要大量额外的设备投资)，并可同时完成对有机物的去除，较低的运行费用等优点得到一致的认同。该方法在合适的条件下，可以去除废水中高达90％的磷。但是一般来说，生物法除磷工艺运行稳定性较差，运行操作严格，受废水的温度酸碱度等影响大，对废水中有机物浓度(BOD)依赖性很强，当废水中有机物含量较低，或磷含量超过10mg/L时，出水很难满足磷的排放标准，因此，往往需要对出水进行二次除磷处理。

化学法除磷主要指应用铁盐、铝盐和石灰等产生的金属离子与磷酸根生成难溶磷酸盐沉淀物的方法来去除废水中的磷。该法工艺简单，运行可靠，并且能达到较高的出水总磷要求。但是该过程是沉淀-溶解平衡反应。一方面,废水中的碱度造成部分金属氢氧化物沉淀，消耗一部分药品量；另一方面，为达到较低的磷离子浓度，必须保持废水中较高的金属离子浓度。由于微小沉淀颗粒准平衡现象，造成表观溶度积大大高于真实溶度积，为了达到磷酸盐沉淀的形成条件，需要投加的金属离子沉淀剂浓度往往大于正常溶度积1-2个数量级，因此，药剂费用较高；由此造成残留金属离子浓度(如铁离子)也较高，使出水色度增加，超标的金属离子浓度可能还会对生物产生慢性毒害作用；化学沉淀产生的化学污泥含水量大，脱水困难，难以处理，容易产生二次污染。

吸附除磷法是利用活性碳、活性氧化铝等材料对废水中的含磷物质进行物理性吸附，以此减少污水中磷的含量。这种方法主要依靠净水材料的吸附性，消耗材料费用较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种降低水质总磷指标的发泡玻璃材料及其制备方法，通过专门的技术把废弃玻璃瓶通过一系列的处理，变成可以改善水质总磷指标的的发泡玻璃材料：发泡微孔隙硅轻石。

本发明首先提供一种降低水质总磷指标的发泡玻璃材料，所述发泡玻璃材料为含有微孔隙的发泡微孔隙硅轻石，所述发泡微孔隙硅轻石的孔径为0.3～0.8mm，吸水率2～5％，应力1700～2600N，比重0.2～0.5g/ml；所述发泡微孔隙硅轻石由发泡混合物经高温绕结后制得，发泡混合物包括以下重量百分比的组份：

玻璃粉末：90～95，

碳化硅：0.5～1.2，

活性炭：0.5～1。

优选的，所述玻璃粉末的粒度为1mm以下，碳化硅的粒度为1mm以下，活性炭的粒度为1mm以下。

优选的，所述发泡微孔隙硅轻石具有如下：

视觉外观:无色或灰色等。

气味:无味。

密度：0.8～1.5g/cm3。

颗粒尺寸：3～10mm(中值7mm)。

颗粒形状：粗糙无定型。

pH值：最大值pH 8.0。

软化温度：720～730℃(未分解)。

本发明还提供了一种如上所述的降低水质总磷指标的发泡玻璃材料的制备方法，所述发泡玻璃材料为含有微孔隙的发泡微孔隙硅轻石，包括以下步骤：

S1，先将以下重量百分比组分混合制得发泡混合物，

玻璃粉末：90～95，

碳化硅：0.5～1.2，

活性炭：0.5～1；

S2，将上述发泡混合物搅拌均匀平铺在加热炉中，发泡混合物在加热炉中经预热、发泡、烧结三个阶段，然后从加热炉中取出后进行自然冷却至常温，获得发泡微孔隙硅轻石；其中预热温度为820℃～840℃，预热时间为12～20分钟；发泡温度为880℃～900℃，发泡时间为10～15分钟，烧结温度为800℃～850℃，烧结时间为10～20分钟；

S0，将S2制得的发泡微孔隙硅轻石，使用成型破碎装置得出3～10mm大小；

S3，将发泡微孔隙硅轻石进行水热处理，投入已添加氢氧化钠和水混合的高压锅内加温120℃，加热时间8小时；

S4，取出使用稀硫酸进行反复反洗，使其在水中的PH值在中性，取出放置在通风处自然风干即得。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明中的发泡混合物碳化硅，有效增加发泡同时增加玻璃熔融，使产品气孔微小数量较多，且均为惯通性气孔，材料硬度增强。

(2)配方所选用的玻璃粉末，其材料来源于废弃玻璃瓶、建筑玻璃、汽车玻璃、太阳能玻璃等，这不仅大量降低原材料使用成本，而且改变了传统这些玻璃废弃物的处置方式，使废弃玻璃资源回收利用，变废为宝。

(3)本发明让发泡微孔隙硅轻石通过高温吸收强碱后再使用强酸调解PH，可有效吸附污水中的总磷。

(4)本发明通过制得的发泡微孔隙硅轻石进行水热处理，增加发泡微孔隙硅轻石的比表面积，从而增强其吸附磷离子的能力。

(5)本发明的发泡微孔隙硅轻石可以通过吸附作用降低污水中的磷，已经吸附磷的发泡微孔隙硅轻石可以用硝酸和柠檬酸以高纯度形式回收，对环境友好。

附图说明

图1为在水热处理之前，发泡微孔隙硅轻石的检测图片，比表面积为83m²/g。

图2为在水热处理自后，发泡微孔隙硅轻石的检测图片，比表面积为278m²/g。

图3示出了本发明对不同初始浓度的磷离子的吸附情况。

图4示出了已经吸附磷的发泡微孔隙硅轻石可以用硝酸和柠檬酸以高纯度形式回收。

图5示出了施用不同类型磷肥的收获番茄的干重情况。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面结合附图及具体实施例对本发明进一步说明。

实施例1

本实施例提供第一种降低水质总磷指标的发泡玻璃材料的制备方法。

步骤1，取400μm粒度玻璃粉末5.5kg，600μm粒度碳化硅0.027kg，活性炭0.025kg搅拌混合制得发泡混合物。

步骤2，将上述发泡混合物搅拌均匀平铺在加热炉中，厚度20mm，发泡混合物在加热炉中经预热、发泡、烧结从加热炉中取出后进行自然冷却至常温取得吸附总磷用的发泡微孔隙硅轻石；其中预热温度为820℃，预热时间为12分钟；发泡温度为880℃，发泡时间为10分钟，烧结温度为800℃，烧结时间为10分钟。

步骤3，将步骤2制得的发泡微孔隙硅轻石，使用成型破碎装置得出3～10mm大小。

步骤4，将发泡微孔隙硅轻石进行水热处理：投入已添加氢氧化钠和水混合的高压锅内加温117℃，加热时间8小时。

步骤5，取出使用稀硫酸进行反复反洗，使其在水中的PH值在中性，取出放置在通风处自然风干即得。所述发泡微孔隙硅轻石的孔隙孔径为0.3～0.8mm,，吸水率2～5％，比重为0.2g/ml，应力为1750N。

实施例2

本实施例提供第二种降低水质总磷指标的发泡玻璃材料的制备方法。

步骤1，取500μm粒度玻璃粉末7.5kg，700μm粒度碳化硅0.037kg，活性炭0.038kg搅拌混合制得发泡混合物；

步骤2，将上述发泡混合物搅拌均匀平铺在加热炉中，厚度20mm.发泡混合物在加热炉中经预热、发泡、烧结从加热炉中取出后进行自然冷却至常温取得吸附总磷用的发泡微孔隙硅轻石；其中预热温度为840℃，预热时间为20分钟；发泡温度为900℃，发泡时间为15分钟，烧结温度为850℃，烧结时间为20分钟。

步骤4，将发泡微孔隙硅轻石进行水热处理：投入已添加氢氧化钠和水混合的高压锅内加温128℃，加热时间8小时。

步骤5，取出使用稀硫酸进行反复反洗，使其在水中的PH值在中性，取出放置在通风处自然风干即得。发泡微孔隙硅轻石的孔隙孔径为0.5～0.7mm,吸水率2～5％，密度为0.4g/ml,应力为2300N。

实施例3

本实施例提供关于本发明的发泡微孔隙硅轻石的相关吸附、沉淀试验及结果。

3.1化学原理：磷离子的吸附、沉淀

离子交换反应

Si-OH+H₂PO₄ ^-→Si-H₂PO₄ ^-+OH^-

2(Si-OH)+H₂PO₄ ^-→Si₂HPO₄ ^-+OH^-+H₂O

Fe³⁺+PO₄ ^3-→FePO₄

Al³⁺+PO₄ ^3-→AIPO₄

Ca²⁺+PO₄ ^3-→Ca₃(PO₄)₂

氢键

3.2水热处理试验：如图1、2所示，试验发现通过水热处理可以增加发泡微孔隙硅轻石的比表面积，从而实现磷离子吸附。

图1为在水热处理之前，发泡微孔隙硅轻石的检测图片，比表面积为83m²/g；图2为在水热处理自后，发泡微孔隙硅轻石的检测图片，比表面积为278m²/g。由此认为，水热处理能够大幅度提高发泡微孔隙硅轻石的磷离子吸附能力。

3.3吸附结果测试图谱：如图3所示。

测试结果表明：无论磷离子的初始浓度如何，都能在1个小时内被本发明的发泡微孔隙硅轻石所吸附。

本实施例总结如下：水热处理可以大幅度提高发泡微孔隙硅轻石的磷离子吸附能力，本发明的发泡微孔隙硅轻石对于不同初始浓度的磷离子，均能做到良好的吸附效果。

实施例4

本实施例提供本发明的发泡微孔隙硅轻石与其他同类材料的吸附能力对比表，如下：

表1同类产品吸附能力对比表

吸附剂	吸附能力(mg/g)
		活性炭，天然沸石	0
酸性粘土，珊瑚化石	2
		鹿沼浮石	17.5
活性氧化铝	22.5
		Y-氢氧化亚铁(Ⅲ)	24.7
偏钛酸acie	44.2
		氢氧化锆	48.5
硅酸钙	50
		水滑石	33.2
泡沫玻璃	0.049
		水热处理的发泡微孔隙硅轻石	111.5

从上表可以明显看出，本发明的发泡微孔隙硅轻石的磷离子吸附能力大大高于其他同类产品。

实施例5

本实施例讨论磷的回收问题。

5.1磷回收现状

磷作为废料回收的现有技术存在磷回收形式有限，运行成本高等问题，如下表所示。

表2磷回收技术一览表

注：本表资料来源于2010年日本国土，基础设施，交通与旅游部的废水中资源回收利用方法。

5.2本发明的发泡微孔隙硅轻石可以通过吸附作用降低污水中的磷，已经吸附磷的发泡微孔隙硅轻石可以用硝酸和柠檬酸以高纯度形式回收，对环境友好，如图4所示。

5.3已经吸附磷的发泡微孔隙硅轻石可作用缓释肥。

图5示出了施用不同类型磷肥的收获番茄的干重情况，从图5可以看出，本发明的发泡微孔隙硅轻石在吸附磷后作为缓释肥使用，可有效增加土壤肥力，明显优于其他磷肥。

注：图5中所提及的Porous Alpha指发泡微孔隙硅轻石。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种降低水质总磷指标的发泡玻璃材料，所述发泡玻璃材料为含有微孔隙的发泡微孔隙硅轻石，其特征在于，所述发泡微孔隙硅轻石的孔径为0.3～0.8mm，吸水率2～5%，应力1700～2600N，比重0.2～0.5g/ml；所述发泡微孔隙硅轻石由发泡混合物经高温绕结后制得，发泡混合物包括以下重量百分比的组份：

玻璃粉末：90～95，

碳化硅：0.5～1.2，

活性炭：0.5～1。

2.根据权利要求1所述的降低水质总磷指标的发泡玻璃材料，其特征在于，所述玻璃粉末的粒度为1mm以下，碳化硅的粒度为 1mm以下，活性炭的粒度为1mm以下。

3.根据权利要求1所述的降低水质总磷指标的发泡玻璃材料，其特征在于，所述发泡微孔隙硅轻石的密度为0.8〜1.5 g/cm³。

4.根据权利要求1所述的降低水质总磷指标的发泡玻璃材料，其特征在于，所述发泡微孔隙硅轻石的颗粒尺寸为：范围3～10mm，中值7mm。

5.根据权利要求1所述的降低水质总磷指标的发泡玻璃材料，其特征在于，所述发泡微孔隙硅轻石的pH值为：最大值 pH 8.0。

6.根据权利要求1所述的降低水质总磷指标的发泡玻璃材料，其特征在于，所述发泡微孔隙硅轻石的软化温度：未分解720～730℃。

7.一种降低水质总磷指标的发泡玻璃材料的制备方法，所述发泡玻璃材料为含有微孔隙的发泡微孔隙硅轻石，其特征在于，包括以下步骤：

S1，先将以下重量百分比组分混合制得发泡混合物，

玻璃粉末：90～95，

碳化硅：0.5～1.2，

活性炭：0.5～1；

8.根据权利要求7所述的降低水质总磷指标的发泡玻璃材料的制备方法，其特征在于，所述玻璃粉末的粒度为1mm以下，碳化硅的粒度为 1mm以下，活性炭的粒度为1mm以下。

9.根据权利要求8所述的降低水质总磷指标的发泡玻璃材料的制备方法，其特征在于，在步骤S2、S3之间还包括步骤S0,将S2制得的发泡微孔隙硅轻石，使用成型破碎装置得出3～10mm大小。

10.根据权利要求9所述的降低水质总磷指标的发泡玻璃材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述发泡微孔隙硅轻石的孔径为0.3～0.8mm，吸水率2～5%，应力1700～2600N，比重0.2～0.5g/ml。