一種LDHs覆膜改性的垂直流人工濕地基質及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種LDHs覆膜改性的垂直流人工濕地基質及其制備方法，它包括如下步驟：（1）選取一種垂直流人工濕地基質，置于裝有蒸餾水的容器中，加熱至水溫穩定在75-85℃；（2）分別稱取一定量的一種二價金屬化合物和一種三價金屬化合物固體配制成兩種溶液，然后同時加入步驟（1）所述的容器中，并不斷加入NaOH溶液使pH保持在10-11，攪拌均勻；（3）取出經步驟（2）處理的基質混合物，離心分離后，將得到的固體基質洗滌至pH為中性，干燥后即得基于LDHs覆膜改性的垂直流人工濕地基質。本發明專利技術基于LDHs覆膜改性的垂直流人工濕地基質，有利于磷的吸附和微生物的生長，對氮、磷及有機物的綜合凈化具有優良效果。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于水污染控制工程生態
，涉及。
技術介紹
水體中氮、磷元素含量的超標是導致水體富營養化的重要原因。隨著我國城市化發展，過量的氮、磷污水持續排入水體，刺激水中植物和藻類的過度生長，引起水體富營養化。人工濕地系統是一項低投入、低能耗、低管理費用的污水生態處理技術。在各種構 型的人工濕地中，垂直流人工濕地的水流形式兼具表面流濕地和潛流濕地的特點，能充分利用基質表面，提高處理效率，節約占地面積。垂直流人工濕地內部典型的好氧區、缺氧區與厭氧區使之具備了較高的硝化、反硝化能力和除磷能力，可用于有機物、氮磷含量較高的富營養化湖泊水體的修復和城市生活污水的生態處理。基質是人工濕地中將污水轉變成清水以及水生植物和微生物賴以生存的場所，也是有機污染物轉為無機無毒物質的樞紐，直接關系到人工濕地對有機物、氮、磷的凈化效率。大量現有研究已經證明，不同的天然基質對垂直流人工濕地的凈化效果和處理效率有不同的影響；基于現有的天然基質往往較難達到高效、綜合凈化水體主要污染物的目的。現有垂直流人工濕地基質對水體中有機污染物及氮磷元素綜合凈化效果偏低。隨著材料學科的發展，大量新型功能材料的出現，使得對原始的天然基質進行適當改性以使其具有高效凈化功能成為了可能。在眾多新型功能材料中，(Layered DoubleHydroxide, LDH)是水滑石(Hydrotalcite, HT)和類水滑石化合物(Hydrotalcite-LikeCompounds, HTLCs)的統稱，由這些化合物插層組裝的一系列超分子材料稱為水滑石類插層材料(LDHs)。LDHs是一種類似于蒙脫石的陰離子層狀化合物，又稱陰離子粘土，其組成結構特殊，具有酸性和堿性特征、層間陰離子可交換性及微孔結構等特性，且其組成結構中的二價和三價金屬離子可使LDHs兼具不同的化學性質，而不同種類的金屬離子又會使其物理構型和表面特性發生不同變化。LDHs作為一種特殊材料正在被越來越廣泛地應用于食品工業、化學工業、能源工程、電子技術、材料防護等領域，但將其運用于人工濕地基質改性領域的技術研究尚未進行。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是針對上述現有技術中的現狀與不足，提出一種LDHs覆膜改性的垂直流人工濕地基質，在原有常用基質的表面增加了 LDHs覆膜，有利于磷的吸附和微生物的生長，對氮、磷及有機物的綜合凈化具有優良效果。本專利技術的另一目的是提供上述基于LDHs覆膜改性的垂直流人工濕地基質的制備方法。為了解決上述技術問題，本專利技術所采取的技術方案為一種LDHs覆膜改性的垂直流人工濕地基質，它包括如下步驟制備得到 (1)選取一種垂直流人工濕地基質，將其洗凈后，按每300-500g基質IL蒸餾水的比例，置于裝有蒸餾水的容器中，加熱至水溫穩定在75-85°C ； (2)按照基質質量(Kg)與二價金屬離子摩爾數(mol)和三價金屬離子摩爾數(mol)之比為(300-500) :(1-2) :1，稱取一定量的一種二價金屬化合物和一種三價金屬化合物固體分別配制成二價金屬離子溶液和三價金屬離子溶液，兩溶液的濃度均不超過O. 2 mol/L ； (3)將步驟(2)配制的兩種溶液同時加入步驟(I)所述的容器中，并不斷加入NaOH溶液使PH保持在10-11，攪拌3-4小時； (4)取出經步驟(3)處理的基質混合物，離心分離后，將得到的固體基質洗滌至pH為中性，干燥后取出，即得LDHs覆膜改性的垂直流人工濕地基質。 按上述方案，所述二價金屬離子的溶液濃度為O. 1-0. 2mol/L。按上述方案，所述三價金屬離子的溶液濃度為O. 1-0. 2mol/L。按上述方案，所述的二價金屬化合物為Ca2+、Mg2+或者Zn2+的氯化鹽、硫酸鹽或硝酸鹽中的任意一種。按上述方案，所述的三價金屬化合物為Al3+、Fe3+或者Co3+的氯化鹽、硫酸鹽或硝酸鹽中的任意一種。按上述方案，所述的垂直流人工濕地基質為無煙煤、沸石、蛭石、礫石、生物陶粒中的一種。按上述方案，所述的垂直流人工濕地基質粒徑為1-8_。按上述方案，所述的垂直流人工濕地基質球形度> 85%。按上述方案，所述的NaOH溶液質量濃度為10 wt %。按上述方案，所述的離心的轉速為1000_1500r/min。攪拌攪拌上述基于LDHs覆膜改性的垂直流人工濕地基質的制備方法，包括如下步驟 (1)選取一種垂直流人工濕地基質，將其洗凈后，按每300-500g基質IL蒸餾水的比例，置于裝有蒸餾水的容器中，加熱至水溫穩定在75-85°C ； (2)按照基質質量(Kg)與二價金屬離子摩爾數(mol)和三價金屬離子摩爾數(mol)之比為(300-500) :(1-2) :1，稱取一定量的一種二價金屬化合物和一種三價金屬化合物固體分別配制成二價金屬離子溶液和三價金屬離子溶液，兩溶液的濃度均不超過0. 2 mol/L ； (3)將步驟(2)配制兩種溶液同時加入步驟(I)所述的容器中，并不斷加入NaOH溶液使PH保持在10-11，攪拌3-4小時； (4)取出經步驟(3)處理的基質混合物，離心分離后，將得到的固體基質洗滌至pH為中性，干燥后取出，即得LDHs覆膜改性的垂直流人工濕地基質。水滑石類插層材料(LDHs)是一種類似于蒙脫石的陰離子層狀化合物，又稱陰離子粘土，本專利技術的反應原理如下利用二價金屬化合物和三價金屬化合物在堿性條件下(pH值為10左右)發生共沉淀反應，兩種不同價位的金屬離子同時在堿性環境中生成兩種不同的氫氧化物沉淀；兩種氫氧化物在加熱水浴條件下附著于溶液中的垂直流人工濕地基質表面，并生成層狀雙氫氧化物；經攪拌、離心分離及洗滌后，在烘箱中干燥使LDHs薄膜固著于基質表面。由于LDHs薄膜為層狀化合物，其結構兩邊由二價和三價金屬離子正電荷片組成，二價和三價金屬離子可使LDHs兼具不同的化學性質，且表面具有微孔結構，有利于氮磷及有機物的物理化學吸附及微生物的生長。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是 第一，本專利技術所述的垂直流人工濕地改性基質，是在原有常用基質的表面增加了 LDHs覆膜，因此改性基質能在保持原有基質所具有的凈化機理基礎上，充分發揮LDHs覆膜的特性，特別是其特殊的物理構型和化學性質，有利于磷的吸附和微生物的生長；由植物-改性基質-微生物共同組成的協同生態凈化體系能很好的對受污染水體中所含不溶性懸浮物、溶解性有機物、氮磷等污染物進行物理攔截、化學吸附和生物降解，確保了處理后出水的水質要求； 第二，本專利技術基于LDHs覆膜改性的垂直流人工濕地基質，對氮、磷及有機物的綜合凈 化具有優良效果，可用于富營養化水體生態修復及二級污水處理廠出水的進一步除磷脫氮； 第三，本專利技術中的基于LDHs覆膜改性的垂直流人工濕地基質制備方法為共沉淀反應，所采用的各項操作步驟均為常規方法，改性條件便于控制，且無需高溫高壓的反應環境，便于實施。第四，本專利技術所選取的常用基質材料簡單易得，成本低廉；覆膜改性所用化學藥劑均為常用試劑，基質改性成本較低。具體實施例方式為了更好地理解本專利技術，以下結合實例進一步闡明本
技術實現思路
，但本專利技術的內容不僅僅局限于下面的實施例。實施例中，垂直流人工濕地試驗裝置采用內徑8cm的PVC管，高度均為40cm，其中改性基質聞度本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種LDHs覆膜改性的垂直流人工濕地基質，其特征在于它包括如下步驟制備得到：（1）選取一種垂直流人工濕地基質，將其洗凈后，按每300？500g垂直流人工濕地基質1L蒸餾水的比例，置于裝有蒸餾水的容器中，加熱至水溫穩定在75？85℃；（2）按照垂直流人工濕地基質質量與二價金屬離子摩爾數和三價金屬離子摩爾數之比為（300？500）Kg：（1？2）mol：1？mol，稱取一種二價金屬化合物和一種三價金屬化合物固體分別配制成二價金屬離子溶液和三價金屬離子溶液，兩溶液的金屬離子濃度均不超過0.2？mol/L；（3）將步驟（2）配制的兩種溶液同時加入步驟（1）所述的容器中，并不斷加入NaOH溶液使pH保持在10？11，攪拌3？4小時；（4）取出經步驟（3）處理后的基質混合物，離心分離得到固體基質，然后洗滌至pH為中性，干燥后取出，即得LDHs覆膜改性的垂直流人工濕地基質。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張翔凌，姜應和，金建華，劉小婷，徐璐，陳俊杰，胡亮，羅慶，
申請(專利權)人：武漢理工大學，
類型：發明
國別省市：