【摘要】：磷是一種動(dòng)植物和人體必需的營養(yǎng)元素,具有十分重要的生理功能。然而,隨著工業(yè)生產(chǎn)和人類活動(dòng)日益加劇,過量的磷進(jìn)入水體將導(dǎo)致藻類等迅速繁殖,造成水體富營養(yǎng)化,對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。因此,磷污染越來越受到人們的關(guān)注。目前,主要的含磷廢水處理方法有化學(xué)沉淀法、生物法以及吸附法。吸附法是一種在水處理中廣泛應(yīng)用的技術(shù),它具有處理設(shè)備簡單、運(yùn)行可靠、不易產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)。選用價(jià)格成本低、制備方法簡單、吸附容量大以及容易脫吸附再生的吸附劑一直是國內(nèi)外專家研究的重點(diǎn)。鐵氧化物及鋯氧化物具有很強(qiáng)的磷吸附能力,且具備性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)�；钚蕴坷w維(ACF)具有巨大的比表面積,發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì),是一種性能顯著的環(huán)境友好材料,被廣泛應(yīng)用于水污染處理技術(shù)中。本研究擬采用共沉淀法,用鋯、鐵氧化物對活性炭纖維表面進(jìn)行改性,制備出一種新型除磷吸附劑(ACF-ZrFe),以實(shí)現(xiàn)磷的高效去除。本文綜合運(yùn)用單因素實(shí)驗(yàn)與正交實(shí)驗(yàn)對ACF-ZrFe的制備條件進(jìn)行優(yōu)化,研究了吸附反應(yīng)條件(吸附劑投加量、初始磷濃度、反應(yīng)溫度、溶液p H、干擾離子)對ACF-ZrFe的除磷性能的影響;考察了影響ACF-ZrFe的再生效率的因素;同時(shí)利用環(huán)境掃描電鏡(ESEM)、傅里葉變換紅外光譜分析(FT-IR)以及X射線光電子能譜分析(XPS)對吸附劑表面性質(zhì)進(jìn)行了探究。主要結(jié)論如下:(1)用共沉淀法合成了鋯、鐵氧化物的活性炭纖維除磷吸附劑,實(shí)驗(yàn)表明ACF-ZrFe具有良好的磷吸附性能。(2)運(yùn)用正交法優(yōu)化了ACF-ZrFe的制備條件,該最佳制備條件為:鋯鐵摩爾比為7:3,浸漬液中鋯鐵總濃度為0.1 mol/L,超聲處理時(shí)間為10 min。(3)ACF-ZrFe的靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)表明:在其他反應(yīng)條件一定的情況下,ACF-ZrFe的投加量增加、磷初始濃度的增加以及溫度的升高均能使其對磷的單位吸附量增加。p H對ACF-ZrFe的磷吸附反應(yīng)具有重要影響。NO3-、SO42-、F-和Cl-等共存陰離子對ACF-ZrFe吸附磷酸鹽有一定抑制作用,其作用的強(qiáng)弱順序?yàn)?F-NO3-Cl-SO42-。(4)ACF-ZrFe的磷吸附反應(yīng)等溫曲線符合Langmuir模型,準(zhǔn)二級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型可較好描述ACF-ZrFe的磷吸附過程。(5)HNO3、Na OH以及Na Cl這三種溶液對ACF-ZrFe均具有一定的再生效果,當(dāng)脫吸附時(shí)間16 h,脫吸附溶液的濃度為0.1 mol/L時(shí),這三種溶液對ACF-ZrFe再生效果的影響強(qiáng)弱順序?yàn)?Na OHNa ClHNO3。(6)ACF-ZrFe對磷的吸附機(jī)制主要是陰離子配位體交換和靜電吸附作用。
[Abstract]:Phosphorus is an essential nutrient for animals, plants and human bodies, and has very important physiological functions. However, with the increasing of industrial production and human activities, excessive phosphorus into the water will lead to rapid growth of algae, resulting in eutrophication of water, and pose a serious threat to the ecological environment. Therefore, people pay more and more attention to phosphorus pollution. At present, the main treatment methods of phosphorus-containing wastewater are chemical precipitation method, biological method and adsorption method. Adsorption method is a widely used technology in water treatment. It has the advantages of simple treatment equipment, reliable operation and not easy to produce secondary pollution. The selection of adsorbents with low cost, simple preparation method, large adsorption capacity and easy desorption and regeneration has been the focus of domestic and foreign experts. Iron oxide and zirconium oxide have strong phosphorus adsorption ability, and have the advantages of stable performance, low price, environment friendly and so on. Activated carbon fiber (ACF), with its large specific surface area, developed pore structure and stable chemical properties, is a kind of environment-friendly material with remarkable properties. It is widely used in water pollution treatment technology. In this study, a new phosphorus removal adsorbent (ACF-ZrFe) was prepared by modifying the surface of activated carbon fiber with zirconium and iron oxides by co-precipitation method. In this paper, single factor experiment and orthogonal experiment were used to optimize the preparation conditions of ACF-ZrFe. The adsorption reaction conditions (adsorbent dosage, initial phosphorus concentration, reaction temperature, solution pH) were studied. The influence of interference ions on the phosphorus removal performance of ACF-ZrFe; The factors affecting the regeneration efficiency of ACF-ZrFe were investigated and the surface properties of the adsorbent were investigated by (ESEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The main conclusions are as follows: (1) activated carbon fiber (ACF) with zirconium and iron oxides was synthesized by coprecipitation method. The experimental results show that ACF-ZrFe has good phosphorus adsorption properties. (2) the preparation conditions of ACF-ZrFe were optimized by orthogonal method. The optimum preparation conditions are as follows: the molar ratio of zirconium to iron is 7: 3, the total concentration of iron and zirconium in the impregnation solution is 0.1 mol/L, and the ultrasonic treatment time is 10 min. (3) ACF-ZrFe. The increase of the dosage of ACF-ZrFe, the increase of initial phosphorus concentration and the increase of temperature can increase the unit adsorption amount of phosphorus. P H has an important effect on the phosphorus adsorption of ACF-ZrFe. Co-existing anions such as F- and Cl- can inhibit phosphate adsorption by ACF-ZrFe in the order that F-NO _ 3-Cl-SO _ 42-. (4) the isotherm curves of phosphorus adsorption of F-NO _ 3-Cl-SO _ 42-. (4) ACF-ZrFe accord with Langmuir model. The quasi-second-order reaction kinetic model can better describe the phosphorus adsorption process of ACF-ZrFe. (5) HNO3,Na OH and Na Cl have some regeneration effect on ACF-ZrFe, and the desorption time is 16 h. When the concentration of the desorbed solution was 0.1 mol/L, the effect of the three solutions on the regeneration of ACF-ZrFe was in the order that the adsorption mechanism of phosphorus by: Na OHNa ClHNO3. (6) ACF-ZrFe was mainly anionic ligand exchange and electrostatic adsorption.
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X703;TQ424.1

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本文編號：2420215