新型纳米结构铁铜铝复合氧化物的磷吸附行为与机制研究

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磷是生物生长的必需营养元素,但其在水中过量存在时易造成水体富营养化,对水体生态平衡、沿海旅游业和渔业生产都造成很大的影响,甚至危害人类健康。近年来,水体富营养化程度日益加剧,水华和赤潮现象频繁爆发。因此,磷污染的去除越来越受重视。  与其他传统方法相比,吸附除磷技术具有高效、迅速、适应性强、易操作以及环境友好等优点,是最有应用前景的一种除磷方法。现有的除磷吸附剂在中性的淡水体系中显示出良好的磷去除效果,但很难同时适用于碱性的海水体系。因此开发一种高效、廉价、具有广泛应用性的吸附剂有非常重要的意义。本文将铁、铜、铝三种氧化物进行复合,开发出新型的铁铜铝三金属复合氧化物吸附剂,并对吸附剂的制备、优化、表征、淡水与海水中的磷吸附行为及磷去除机制展开系统研究,主要取得了以下成果:  1.采用共沉淀法制备了铁铜铝复合氧化物吸附材料,该材料是由纳米级颗粒团聚而成,呈表面凸凹不均、大小形状不规则的多孔结构,主要以无定形形式存在,材料等电点pH8.8。  2.铁铜铝复合氧化物对淡水及海水体系中磷的吸附容量均较高,且均能快速有效的去除水体中的磷污染物。在淡水水体中,磷的最大吸附容量为50.6mg·g-1;在海水体系中,人工海水中磷的最大吸附量为16.4mg·g-1,天然海水中磷的最大吸附量为14.9mg·g-1。材料可应用的pH范围较宽(4~9)。  3.阳离子Ca2+、Mg2+以及天然有机质黄腐酸(FA)、腐殖质(HA)对磷的去除有略微的促进作用,水中常见阴离子对磷的去除影响大小顺序为:SiO32->CO32->SO42->Cl-,共存Cl-和低浓度的SO42-、CO32-对磷的吸附作用影响不大,SiO32-以及较高浓度(0.1mol·L-1)的SO42-、CO32-会产生竞争吸附,抑制磷的去除效果。  4.在pH为5.4~8.5的溶液中,铁铜铝复合氧化物在除磷过程中Fe2+、Cu2+、Al3+的溶出浓度均低于国家饮用水标准。  5.磷与铁铜铝复合氧化物发生化学吸附,磷酸根在材料表面生成单齿单核和双齿双核的内配位络合物。
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