【摘 要】
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随着我国工业和农业的快速发展,磷作为一种重要的工业和农业资源被大量使用;城市化进程的逐渐加快,同样提升了生活污水中的磷含量。这些过量的磷随着工业、农业和生活废水的排放进入河流水系中,或随着降水渗入地下水,污染水源,使水中的磷含量超标。水中过量的磷会加剧藻类的繁殖,抢占水中的营养物质和氧气,导致其他共生在水体中的水生植物和动物失去生存空间,大量死亡,这就是水体富营养化带来的危害。目前,利用吸附法处理
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随着我国工业和农业的快速发展,磷作为一种重要的工业和农业资源被大量使用;城市化进程的逐渐加快,同样提升了生活污水中的磷含量。这些过量的磷随着工业、农业和生活废水的排放进入河流水系中,或随着降水渗入地下水,污染水源,使水中的磷含量超标。水中过量的磷会加剧藻类的繁殖,抢占水中的营养物质和氧气,导致其他共生在水体中的水生植物和动物失去生存空间,大量死亡,这就是水体富营养化带来的危害。目前,利用吸附法处理水污染因其效率高、原料来源广泛且操作简单,被认为是一种非常优秀的处理方法。市政污泥因其含碳量高且来源丰富,被广泛应用于改良土壤、建筑材料的制备和生物炭吸附剂的制备。市政污泥生物炭虽来源丰富,但其对废水中的磷吸附能力有限,必须有针对性地对其改性以提高吸附能力。因此,本文基于化学实验原理,利用市政污泥制备了市政污泥生物质炭,并对其改性提高了吸附能力,再针对其可能的实际应用场景,制备成操作简单方便高效的吸附材料。这为水体富营养化问题的处理和市政污泥的资源化利用提供了新的出路。第一部分研究采用热解的方法,在不同的温度条件下制备了市政污泥生物炭（MSBC）,并使用KOH对市政污泥进行活化,以提供更丰富的孔洞和活性位点。第二部分研究使用还原剂将纳米零价锌（n ZVZ）均匀地附着在MSBC表面,得到高效吸附磷复合材料（n ZVZ-MSBC）。FT-IR、XPS、XRD和BET的表征结果表明,n ZVZ均匀分散在MSBC表面。结果表明,锌的负载可以大大提高MSBC对磷的吸附性能。吸附实验表明,吸附过程符合Langmuir模型,最大吸附量可达186.5 mg/g,远高于其他城市污泥生物炭。吸附过程在90 min时达到最大吸附容量的80%,并在240 min后逐渐稳定。24 h内达到吸附平衡。吸附的最佳p H值为5。吸附机理主要是化学吸附,还包括物理吸附、外扩散、内扩散和表面吸附。实验证明n ZVZ-MSBC具有作为水中磷的有效吸附剂的应用潜力。为将该材料更加便捷地运用到实际水体的处理中,第三部分研究将n ZVZMSBC与聚乙烯醇（PVA）凝胶混合制备成便于吸附后分离的凝胶小球,并使用Ca进行交联,制备成改性市政污泥生物质炭聚乙烯醇小球（n ZVZMSBC/Ca@PVA）。SEM、FT-IR、XPS、和BET的表征结果表明,样品小球的表面有大量的孔道和缝隙以及丰富的官能团,对磷的吸附起到了积极的作用;Ca和Zn在材料中成功负载,且与水中的磷酸盐发生了一系列化学反应。对吸附过程进行拟合,发现符合伪二级动力学和Langmuir等温线模型,说明吸附过程为单分子层吸附,并以化学吸附为主。最佳吸附p H为5,PVA和n ZVZ-MSBC最佳添加比例为质量比1:1。吸附后的材料形貌完整,机械性能较好,有应用到实际中的可能。
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