三种多孔性复合粘土材料对水中磷的吸附性能研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:qxq00007
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水体富营养化已经成为日趋严重的环境问题,引起了全球范围的广泛关注。水体中过量的磷是造成富营养化的主要因素,因此控制水体磷含量成为处理水体富营养化的关键。在众多处理方法中,吸附法由于其占地面积小、操作简单、成本低廉、除磷效率高、无二次污染等优点而备受青睐。常用的吸附剂主要包括天然以及合成的吸附材料,如天然粘土、沸石、钢渣、粉煤灰等,这些材料或pH值适用范围较小,或造价昂贵而不利于实际应用。此外,材料大多为粉末状,易堵塞管道且不易于回收。文中开发出以普通黄土、蒙脱石、白云石为骨架材料,并分别添加La(NO33·6H2O、贝壳粉和Al2(SO43的三种多孔性复合粘土材料,以人工合成的含磷废水为主要研究对象,研究三种复合粘土材料的吸附除磷性能。本研究采用静态吸附试验方法,探讨了吸附剂量、反应时间、溶液pH值对三种复合粘土材料吸附除磷效果的影响。负载La(III)的多孔性粘土材料在溶液pH值为4.0011.00时都可以保持较好的吸附除磷效果(磷去除率95.2%以上),负载Ca(II)的多孔性粘土材料在pH值为2.3012.01时都可以保持较好的吸附除磷效果(磷去除率97.8%以上),负载Al(III)的多孔性粘土材料在pH值为2.996.94和pH为8.9712.01时可以保持较好的吸附除磷效果(磷去除率98.5%以上),三种材料的pH值适用范围较广。应用一、二级动力学模型及分子内扩散模型描述吸附过程,三种复合粘土材料的吸附除磷过程均符合二级动力学模型,包括表层扩散(快速迁移)和材料内扩散(缓慢迁移)两个阶段。用Langmuir、Freundlich吸附等温模型研究其吸附过程,三种复合粘土材料的吸附除磷过程均符合Langmuir吸附等温模型,该吸附过程包括物理吸附和化学吸附,固液接触面上发生单分子层吸附。通过吉布斯(Gibbs)方程对吸附除磷的热力学进行了研究,可知三种复合粘土材料吸附除磷过程为自发的并且该过程是吸热过程,固液面反应随机性较强,其中负载La(III)和Ca(II)的多孔性粘土材料吸附除磷的主要作用力为氢键作用力和偶极间作用力;负载Al(III)的多孔性粘土材料吸附除磷的主要作用力为化学键力和配位基交换力。另外,本研究对三种复合粘土材料的物理性能进行了测定,分别获得三种复合粘土材料的比表面积、孔径分布情况以及元素构成,开发出的三种复合粘土材料具备较高的吸附除磷性能(磷去除率均大于95%)与材料孔隙结构较多有关。对吸附反应前后的三种复合粘土材料分别进行了扫描电镜分析(SEM)和能量色谱分析(EDS),以探讨各材料的吸附反应机理,负载La(III)和负载Ca(II)的多孔性粘土材料的吸附除磷过程主要为磷与材料中的La、Ca等有效组分发生的化学沉淀反应,伴随有静电吸附;负载Al(III)的多孔性粘土材料吸附除磷过程主要为磷与吸附材料中的Si、Al等有效组分发生的配位体交换,同时包含化学沉淀,并伴随有静电吸附过程。
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