天然及改性吸附剂对废水中磷的吸附研究

摘要

近年来，由于氮和磷等营养物质的过量排放，我国许多河流、湖泊和海洋都出现了不同程度的水华或赤潮现象。针对日益严重的水体富营养化问题，本文采用河北省灵寿地区天然片沸石、八面沸石、火山石和麦饭石作为吸附剂，并经过高温焙烧、NaOH、AlCl3和FeCl3浸渍四种方法进行改性，考察天然和改性吸附剂对废水中磷酸盐的吸附效果，筛选最佳的吸附剂和改性方法，通过单因素和正交试验优化改性条件，并通过静态吸附试验对比天然及改性吸附剂的吸附性能；采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、比表面测定仪（BET）、X射线荧光光谱仪（XRF）和傅里叶转换红外光谱分析仪（FTIR）等仪器对天然和改性吸附剂结构进行表征；利用吸附等温线、吸附热力学和动力学模型探讨除磷机理；采用不同再生方法对吸附饱和的吸附剂进行再生，并对模拟含磷废水进行动态吸附试验。研究结果如下：
　　1)天然片沸石、八面沸石、火山石和麦饭石经过不同方法改性后对废水中磷酸盐的吸附性能差异显著，其中FeCl3改性八面沸石的吸附效果最佳。
　　2) FeCl3改性八面沸石制备的最佳改性条件为：沸石粒径30~50目，FeCl3浓度1mol/L，改性时间6h，改性温度25℃，烘干温度80℃，改性投加量800 g/L；四个影响因素对改性效果影响大小的顺序为：FeCl3浓度>改性时间>改性温度>烘干温度。
　　3)经过 FeCl3改性后八面沸石对磷酸盐的去除率有显著提高。当投加量为50 g/L，反应时间为8h，温度为25℃，pH=4~9，磷酸盐初始浓度为50mg/L时，天然和改性八面沸石的去除率分别为24.30％和99.26%；四个影响因素对改性八面沸石吸附效果影响大小顺序为：吸附剂投加量>反应温度>反应时间>废水pH。
　　4)八面沸石改性前后晶体结构未发生显著变化，但Si和Fe的含量有所增加， Fe2O3·H2O附着于沸石表面，提高了沸石对水中阴离子静电吸附能力，同时也堵塞了部分孔隙结构，使比表面积、孔径和孔容减小。
　　5)在温度为288~318K时，Langmuir和Freundlich吸附等温模型均能够很好的描述改性八面沸石对磷酸盐的吸附过程，最大吸附量为5.21mg/g；热力学参数表明改性八面沸石对溶液中磷酸盐的吸附是自发吸热反应；吸附动力学过程符合准二级动力学方程。
　　6)吸附饱和的改性八面沸石经过 FeCl3浸渍的再生效果最佳，经过9次重复再生后对废水中磷的去除率仍能达到94.6%。动态吸附实验中，天然和改性八面沸石分别在运行47h和90h后达到吸附饱和。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 除磷技术研究现状

1.3 吸附剂的应用进展

1.4 课题意义及研究内容

第2章 试验材料与方法

2.1 试验材料

2.2 试验方法

2.3 分析方法

2.4 试验数据计算

第3章 吸附剂筛选及改性试验研究

3.1 吸附剂筛选

3.2 改性条件单因素试验

3.3 改性吸附剂制备正交试验

3.4 本章小结

第4章 静态吸附试验研究

4.1 静态吸附单因素试验

4.2 静态吸附正交试验

4.3 本章小结

第5章 结构表征及除磷机理分析

5.1 吸附剂结构表征

5.2 除磷机理分析

5.3 本章小结

第6章 吸附剂再生及动态吸附研究

6.1 吸附剂的再生

6.2 动态吸附试验

6.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢