氧化铁改性埃洛石纳米管对地下水中磷的吸附效果与机理

来源 :吉林建筑大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:elrshay
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随着社会飞速进步,由于人类生活、生产而产生的大量含磷废水未经处理即直接排入水体中,导致水体无法完全自然净化超量排放的磷酸盐,最后造成地下水磷污染。一旦进入人体,会对人体健康造成威胁。吸附除磷法具有吸附速度快、性能稳定、无有毒有害副产物产生、再生能力强等优点。而吸附材料的选择在吸附法使用过程至关重要。本研究针对地下水中磷酸盐污染,制备了氧化铁改性埃洛石纳米管(Halloysite nanotubes,HNTs)除磷剂,探究改性HNTs对地下水中磷酸盐的吸附效果。通过静态单因素批实验及响应曲面筛选出最佳反应条件;利用多种手段对改性前后和吸磷前后的材料进行表征并分析其吸附机制;进行1Fe-HNT动态除磷实验,确定动态吸附参数并使用Yoon-Nelson模型、Thomas模型、Adams-Bohart模型和Wolborska模型拟合穿透曲线。本研究为地下水除磷提供了理论和实践基础,主要研究结果如下:(1)三种最佳反应条件为1)4.9 g/L吸附剂用量,p H=4.4,99.9 mg/L初始总磷质量浓度;2)3.0 g/L吸附剂用量,p H=6.9,99.8 mg/L初始总磷质量浓度;3)2.9 g/L吸附剂用量;p H=10.2,99.8 mg/L初始总磷质量浓度。三种条件下氧化铁改性HNTs吸附容量分别为6.279 mg/g、5.664 mg/g、5.634 mg/g。反应240min达到平衡;铁负载量、初始磷酸盐浓度的增加会使吸附剂吸附容量增加;共存离子(SO42-、NO3-、Cl-)对吸附材料除磷无明显抑制作用;吸附材料再生循环利用5次,磷去除率从72.58%降到69.20%。(2)使用TEM、XRD、XRF、FT-IR、BET表征手段对改性前后HNTs微观形态、化学成分及结构进行表征,结果证明氧化铁已经成功负载在HNTs上;HNTs和1Fe-HNT除磷后的Zeta电位等电势点均发生左移,证明两种吸附剂除磷机理为静电吸附。除此之外,两种吸附材料除磷机理还包括配体交换和路易斯酸碱相互作用。(3)吸附剂质量、进水流速和进水磷酸盐浓度对1Fe-HNT的动态吸附除磷性能具有显著影响:吸附剂质量增加导致穿透点和耗竭点后移,进水流速和进水磷酸盐浓度增加导致穿透点和耗竭点前移;Yoon-Nelson模型能较好的描述1Fe-HNT动态吸附除磷过程,因此在1Fe-HNT动态吸附除磷过程中,化学吸附为主要因素。
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