【摘 要】
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我国农业和城镇化的快速发展,伴随着化肥和日用品等的大量使用,导致磷酸盐和硝酸盐被过量排放到自然水体中。引发一系列环境问题,包括富营养化引起的藻华现象;过量硝酸盐引起的蓝婴儿症等,越来越受人们关注。然而磷酸盐和硝酸盐是可回收利用的资源,其中磷资源具有不可再生性且总量在衰减。因此,开发一种技术既能高效去除磷酸盐和硝酸盐,又能将其回收再利用迫在眉睫。吸附法成首选,因具有以下优势:其操作简单,去除率高,能
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我国农业和城镇化的快速发展,伴随着化肥和日用品等的大量使用,导致磷酸盐和硝酸盐被过量排放到自然水体中。引发一系列环境问题,包括富营养化引起的藻华现象;过量硝酸盐引起的蓝婴儿症等,越来越受人们关注。然而磷酸盐和硝酸盐是可回收利用的资源,其中磷资源具有不可再生性且总量在衰减。因此,开发一种技术既能高效去除磷酸盐和硝酸盐,又能将其回收再利用迫在眉睫。吸附法成首选,因具有以下优势:其操作简单,去除率高,能去除较低浓度磷酸盐和硝酸盐,不产生污泥及其他污染和具有回收磷酸盐和硝酸盐资源的潜力等。本研究通过以壳聚糖为基质载体,在壳聚糖网络结构中分别引入锆或镧金属,在碱性条件下,形成凝胶球。再加以改性,使其成为去除效率高且稳定的优秀吸附剂,采用多种表征手段探究凝胶球的各种理化性质,探究不同因素对凝胶球吸附性能的影响,主要研究结果如下:(1)在壳聚糖网络结构中引入锆金属,形成壳聚糖-锆凝胶球(CS-Zr)。然后在其表面接枝多胺基物质多乙烯多胺(PEPA)形成多乙烯多胺修饰的壳聚糖-锆凝胶球(CS-Zr-PEPA)。采用SEM、FTIR、BET、XRD和XPS来表征其吸附前后的形貌特征、官能团、晶体性质、比表面积和孔径、各元素能谱的变化。结果显示,CS-Zr-PEPA凝胶球呈良好的球状,性质稳定,具有较大比表面积和较多孔隙,具有优秀的吸附潜力。探究CS-Zr-PEPA凝胶球在不同pH值溶液、共存阴离子干扰、重复再生解吸率、等温吸附、动力学和柱吸附等的表现时,发现其在pH为3时吸附量达到最大,水中SO42-的存在对去除磷酸盐和硝酸盐的干扰效果比Cl-和NO3-更显著,经过五个循环吸附后其仍能分别保持81%和87%的吸附性能,Freundlich模型更好描述等温吸附数据,拟二级动力学较好拟合动力学数据,其在磷酸盐柱吸附中具有优秀的动态吸附能力。(2)为使凝胶球在较宽广的pH溶液中仍能保持较高且稳定的吸附量,本研究引入镧金属进入壳聚糖网络结构中,形成CS-La凝胶球。然后浸泡在有机配体溶液中,在120℃反应釜中反应24小时,在CS-La凝胶球内部原位生长合成La-MOF,制备出镧金属有机框架修饰的壳聚糖凝胶球(CS-La-MOF)。对其进行表征,结果显示,其呈良好的球状,La-MOF在凝胶球内分散性好,具有优秀的热稳定性,镧金属已成功转化为La-MOF,凝胶球比表面积大且内部孔隙率高。在探究不同因素影响其吸附磷酸盐和硝酸盐的实验中,结果显示,CS-La-MOF凝胶球在pH值为3-10的溶液中仍能保持稳定的49.43mg-P/g和26.27mg-NO3-/g的吸附量,pH值变化对其吸附量的影响较CS-Zr-PEPA小。干扰离子SO42-的影响大于Cl-和NO3-,Freundlich模型和拟二级动力学分别较好拟合等温吸附数据和动力学数据。其在动态柱吸附实验中,分别处理含有磷酸盐实验室配水和实际市政污水,突破点和耗竭点到达时间均高于CS-Zr-PEPA,具有工程实际应用潜力。
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