锆、铁氧化物改性活性炭纤维的制备及其除磷性能的研究

摘要

磷是一种动植物和人体必需的营养元素，具有十分重要的生理功能。然而，随着工业生产和人类活动日益加剧，过量的磷进入水体将导致藻类等迅速繁殖，造成水体富营养化，对生态环境造成严重威胁。因此，磷污染越来越受到人们的关注。
　　目前，主要的含磷废水处理方法有化学沉淀法、生物法以及吸附法。吸附法是一种在水处理中广泛应用的技术，它具有处理设备简单、运行可靠、不易产生二次污染等优点。选用价格成本低、制备方法简单、吸附容量大以及容易脱吸附再生的吸附剂一直是国内外专家研究的重点。铁氧化物及锆氧化物具有很强的磷吸附能力，且具备性能稳定、价格低廉、环境友好等优点。活性炭纤维(ACF)具有巨大的比表面积，发达的孔隙结构和稳定的化学性质，是一种性能显著的环境友好材料，被广泛应用于水污染处理技术中。本研究拟采用共沉淀法，用锆、铁氧化物对活性炭纤维表面进行改性，制备出一种新型除磷吸附剂(ACF-ZrFe），以实现磷的高效去除。本文综合运用单因素实验与正交实验对ACF-ZrFe的制备条件进行优化，研究了吸附反应条件(吸附剂投加量、初始磷浓度、反应温度、溶液 pH、干扰离子)对ACF-ZrFe的除磷性能的影响；考察了影响 ACF-ZrFe的再生效率的因素；同时利用环境扫描电镜(ESEM)、傅里叶变换红外光谱分析(FT-IR)以及 X射线光电子能谱分析(XPS)对吸附剂表面性质进行了探究。主要结论如下：
　　(1)用共沉淀法合成了锆、铁氧化物的活性炭纤维除磷吸附剂，实验表明ACF-ZrFe具有良好的磷吸附性能。
　　(2)运用正交法优化了ACF-ZrFe的制备条件，该最佳制备条件为：锆铁摩尔比为7:3，浸渍液中锆铁总浓度为0.1 mol/L，超声处理时间为10 min。
　　(3) ACF-ZrFe的静态吸附实验表明：在其他反应条件一定的情况下，ACF-ZrFe的投加量增加、磷初始浓度的增加以及温度的升高均能使其对磷的单位吸附量增加。pH对ACF-ZrFe的磷吸附反应具有重要影响。NO3-、SO42-、F-和Cl-等共存阴离子对ACF-ZrFe吸附磷酸盐有一定抑制作用，其作用的强弱顺序为：F->NO3->Cl->SO42-。
　　(4) ACF-ZrFe的磷吸附反应等温曲线符合 Langmuir模型，准二级反应动力学模型可较好描述 ACF-ZrFe的磷吸附过程。
　　(5) HNO3、NaOH以及 NaCl这三种溶液对ACF-ZrFe均具有一定的再生效果，当脱吸附时间16 h，脱吸附溶液的浓度为0.1 mol/L时，这三种溶液对ACF-ZrFe再生效果的影响强弱顺序为：NaOH＞NaCl＞HNO3。
　　(6) ACF-ZrFe对磷的吸附机制主要是阴离子配位体交换和静电吸附作用。

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第1章 绪论

1.1 水污染现状

1.2 水体富营养化

1.3 水体中磷的主要来源

1.4 废水除磷方法

1.5 锆氧化物吸附剂

1.6 活性炭纤维

1.7 正交试验设计方法

1.8 本论文研究的目的、意义及主要内容

第2章 实验材料及测试方法

2.1 实验试剂与设备

2.2 试验方法

2.3 测试方法

2.4.数据分析

第3章 吸附剂ACF-ZrFe制备条件优化

3.1 ACF-ZrFe制备的单因素实验

3.2 正交实验优化制备条件

3.3 ACF与ACF-ZrFe除磷效果的比较

3.3 本章小结

第4章 吸附实验

4.1 磷吸附影响因素研究

4.2 脱附实验

4.3 吸附剂磷吸附性能的研究

4.4 本章小结

结论与建议

1. 研究结论

2建议

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间发表的论文

致谢