【摘 要】
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近年我国工业快速发展,冷却用水量剧增,为提高其利用率投加有机磷系阻垢剂,这导致其排污水中含磷量高,如何有效处理循环冷却排污水成为热点问题。我国是农业大国,农业废弃物处置带来的环境问题被广泛关注,同时水污染的危机也给我们带来诸多困扰。由此,“以废治废”的治理方式为我们提供了更好的选择。本文以植物源生物质（小麦秸秆、玉米秸秆、花生壳粉）为原料制得改性生物炭吸附剂,探究了最优制备条件及改性前后吸附剂对水
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近年我国工业快速发展,冷却用水量剧增,为提高其利用率投加有机磷系阻垢剂,这导致其排污水中含磷量高,如何有效处理循环冷却排污水成为热点问题。我国是农业大国,农业废弃物处置带来的环境问题被广泛关注,同时水污染的危机也给我们带来诸多困扰。由此,“以废治废”的治理方式为我们提供了更好的选择。本文以植物源生物质（小麦秸秆、玉米秸秆、花生壳粉）为原料制得改性生物炭吸附剂,探究了最优制备条件及改性前后吸附剂对水中磷的去除性能;探究了环境因素对磷去除的影响;通过吸附动力学、等温线、热力学拟合及表征方法分析吸附剂处理水中磷的性能与机理。主要结论如下:（1）通过优化制备条件得到氯化镁和氯化铈联合改性小麦秸秆生物炭材料（WS-2Mg/Ce-600）,当投加量为2.5g/L、p H=6、初始HEDP（羟基乙叉二膦酸）浓度为10mg/L时,去除HEDP效果最佳,反应2880min后基本平衡,共存阴离子对吸附无影响;模型拟合结果为更加符合拟二级动力学方程和Freundlich模型,反应过程为化学反应主导的多层吸附。扫描电镜表征分析得知,WS-2Mg/Ce-600为层状结构,且表面附着了颗粒物;XRD结果显示,反应前出现Mg、Ce氧化物或氢氧化物的衍射峰,反应后均有所减小,反应机理为化学沉淀作用。（2）通过优化制备条件得到氯化镁改性小麦秸秆生物炭材料（WS-0.1Mg-600）,当投加量为1.25g/L、p H=7、初始浓度为10mg/L时,去除磷酸盐效果最好,反应1440min后基本达到平衡;共存阴离子抑制了WS-0.1Mg-600对PO43-的吸附,其影响顺序为CO32-＞Cl-＞SO42-＞F-。模型拟合结果为更加符合拟二级动力学和Langmuir模型。扫描电镜表征分析,发现其表面附着一层颗粒状物质,主要元素为C、O、Mg、Cl,其中镁的重量百分比为5.79%;XRD结果显示,反应前后生物炭表面镁的氧化物或氢氧化物衍射峰有所变化,推测是WS-0.1Mg-600上负载的Mg O或Mg（OH）2与水中磷反应生成了新物质。（3）通过优化制备条件得到氯化镁和氯化铈联合改性小麦秸秆生物炭材料（WS-3Mg/Ce-600）,当投加量为2.5g/L时效果最佳,其对总磷的吸附量为7.76±0.2mg/g,去除率为94.76±0.39%。反应为化学作用占主导的单层吸附,且除磷过程为放热自发。SEM表征分析,发现其表面附着一层颗粒状物质,主要元素为C、O、Mg、Ce、Cl,其中镁的重量百分比为5.21%,铈的重量百分比为1.26%;XRD结果显示,反应前出现Mg、Ce氧化物或氢氧化物衍射峰,说明其成功负载于生物炭表面,而反应后衍射峰的变化表明其与水中磷形成了新物质,从而提高了吸附剂对总磷的去除率。FTIR分析得知,其表面含有O-H、C=C、M-O（M=Mg或Ce）、M-O-P（M=Mg或Ce）、O-P等化学键,官能团作用有助于总磷的去除。XPS分析可知,WS-3Mg/Ce-600吸附过程中,M-O含量占比增加而M-OH含量占比减少,反应机理为材料表面羟基与模拟废液中磷的配体交换作用。本文创新点为将农业废弃物作为原料制备改性生物炭,用于处理循环冷却排污水中总磷,通过实验研究优化了制备条件,提高了其对磷的去除性能,探究了改性生物炭对水中磷的吸附机理。为合理高效地处理循环冷却排污水中磷提供参考。
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