【摘 要】
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随着社会的发展,含磷废水已经严重影响到自然环境状况甚至人类的正常生活,亟需开发新的高效除磷材料对这类废水进行处理。金属有机框架是近年来比较热门的一类材料,由于其独特的性质已经被应用于磷酸盐的去除;而铈本身对磷酸盐具有较好的亲和力。基于这两点,本研究以七水合氯化铈、对苯二甲酸为原料、N’N-二甲基甲酰胺为溶剂,采用溶剂热法在反应釜中制备了铈基金属有机框架(Ce-BDC),并将其应用于水中磷酸盐的去除
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随着社会的发展,含磷废水已经严重影响到自然环境状况甚至人类的正常生活,亟需开发新的高效除磷材料对这类废水进行处理。金属有机框架是近年来比较热门的一类材料,由于其独特的性质已经被应用于磷酸盐的去除;而铈本身对磷酸盐具有较好的亲和力。基于这两点,本研究以七水合氯化铈、对苯二甲酸为原料、N’N-二甲基甲酰胺为溶剂,采用溶剂热法在反应釜中制备了铈基金属有机框架(Ce-BDC),并将其应用于水中磷酸盐的去除。主要研究结论如下:(1)Ce-BDC的较优制备参数:温度为140°C,反应时间为24 h,Ce与对苯二甲酸的摩尔比为1:0.25;SEM、TEM结果表明Ce-BDC为棒状结构,BET结果表明材料孔结构主要为介孔和狭缝孔;TGA结果显示Ce-BDC的热稳定性较好,主要有三个失重阶段;XRD结果表明合成的Ce-BDC具有金属有机框架结构;FTIR、XPS结果表明Ce与对苯二甲酸成功配位,且Ce-BDC上存在着Ce-OH。(2)Ce-BDC在去除磷酸盐时较优投加量为0.5 g?L-1;当磷酸盐溶液的初始p H在3-10范围内时,Ce-BDC对磷酸盐的去除率都能达到99%以上,表明Ce-BDC在此p H范围内具有一定的耐受性,Ce-BDC有较高的零点电位,其p Hpzc在10.7左右;共存阴离子SO42-、NO3-、HCO3-、Cl-在浓度为5-100 mg?L-1时,对Ce-BDC去除磷酸盐几乎没有影响,CO32-、F-在低浓度(10 mg?L-1)条件下对Ce-BDC除磷几乎没有影响,表明Ce-BDC对磷酸盐具有一定的选择吸附性;Ce-BDC具有一定的重复使用性能,在低浓度磷酸盐(10 mg?L-1)条件下循环使用7次后去除率还能达到90%以上,表明Ce-BDC具备一定的实际应用价值。(3)Ce-BDC吸附磷酸盐的过程更加符合准一级动力学模型,表明吸附过程受到吸附剂表面活性点位的控制,粒子内扩散动力学模型显示Ce-BDC吸附磷酸盐有三个控制步骤,分别为外部传质步骤,粒子内扩散步骤和吸附平衡步骤;Sips吸附等温线模型和Redlich-Peterson吸附等温线模型可以更加准确地描述Ce-BDC吸附磷酸盐这个过程,表明Ce-BDC吸附剂表面的异质性特点,也表明该过程为多分子层吸附以及吸附受到多种作用的控制;此外,Sips模型拟合结果显示Ce-BDC具有较高的磷酸盐吸附容量,为550.45 mg PO43-?g-1(183.48mg P?g-1)(温度为298 K),吸附热力学结果表明Ce-BDC吸附磷酸盐这个反应可以自发进行,且升高温度有利于反应的进行,整个反应向着熵增的方向进行。(4)通过分析吸附前后的FTIR、XPS、Zeta电位表征结果,表明Ce-BDC吸附磷酸盐存在的机理主要有静电吸附作用、磷酸盐与Ce-BDC上的表面羟基以及羧基的交换作用、Ce与磷酸盐的络合作用。
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