我國因水體富營養(yǎng)化而引起的水體污染和水生態(tài)破壞已經(jīng)日益嚴峻,而生活以及生產(chǎn)污廢水中磷含量的超標排放所引起受納水體中磷濃度過高是產(chǎn)生水體富營養(yǎng)化的根本原因之一。本文通過制備類水滑石吸附劑對污廢水中的磷進行吸附去除并通過對載磷類水滑石上磷的解吸以及回收處理使原污水中的磷達到資源化利用的目的,其中重點探討了Zn-Al類水滑石的磷吸附性能以及其除磷作用機理和相關(guān)影響因素。本文首先運用共沉淀法在2價與3價金屬離子摩爾比為2:1條件下制備了Mg-Al、Mg-Fe、Zn-Al、Zn-Fe、Cu-Al五種類水滑石化合物,并在初始磷濃度為15mg·L~(-1)的條件下測試其磷吸附能力,結(jié)果表明Zn-Al類水滑石具有最大的磷吸附容量。對比這五種類水滑石的SEM照片可以看出,Zn-Al類水滑石具有最好的層狀晶體結(jié)構(gòu)和較大的比表面積。為探究制備條件和吸附條件對Zn-Al類水滑石磷吸附性能的影響,分別在不同的Zn:Al摩爾比、制備溫度、共沉淀劑、陳化時間和焙燒溫度條件下制備Zn-Al類水滑石并進行磷吸附試驗,結(jié)果表明在Zn:Al摩爾比為2、制備溫度70℃、共沉淀劑為10%NaOH、陳化時間5h、并在300℃焙燒改性的條件下制備的Zn-Al類水滑石具有最佳的磷吸附性能,其吸附容量可達41mg·g~(-1)。控制不同的初始磷濃度、Zn-Al投加量、振蕩研磨、溶液pH等條件進行吸附試驗,結(jié)果表明粉末狀Zn-Al類水滑石在初始pH為6至9吸附時間16h時即可達到較高的平衡狀態(tài),同時實驗研究表明Zn-Al類水滑石具有良好的堿性穩(wěn)定性和酸緩沖能力。在Zn-Al類水滑石磷吸附試驗中分別加入幾種不同濃度的共存離子(SO_3~(2-)、Cl~-、NO_3~-、CO_3~(2-)、SO_4~(2-))并觀察其對Zn-Al類水滑石磷吸附性能的影響,結(jié)果表明共存陰離子的加入均會使其磷吸附容量有所降低,按照影響強弱排序為CO_3~(2-)SO_3~(2-)SO_4~(2-)NO_3~-Cl~-,這也說明了Zn-Al類水滑石除磷機理是表面吸附和離子交換共同作用的結(jié)果。通過Zn-Al類水滑石解吸與再生試驗得出結(jié)論:10%NaOH為最佳的解吸液,焙燒法再生的最佳溫度為300℃,當再生次數(shù)達到3次時磷吸附容量僅為19mg·g~(-1)因此再生次數(shù)以2次為宜。以CaCl_2為沉淀劑對解吸所得磷溶液進行磷回收試驗結(jié)果表明:初始反應pH為11、Ca:P摩爾比為2、反應時間25min以上時回收效果最佳,受最低反應濃度的影響回收反應僅僅在磷濃度達到10mg·L~(-1)時才能生成Ca_5OH(PO_4)_3沉淀,因此初始磷濃度越高則回收率越高,當待回收液初始磷濃度為500mg·L~(-1)時回收率可達98%。
【學位單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

價金屬離子和 3 價金屬離子構(gòu)成的具有同水滑石類屬氫氧化物，在分類上屬于層狀陰離子粘性土[19]。的基本概念源于天然的水滑石( Hydrotalcite，簡稱學家于 1842 年在天然的片巖礦層中發(fā)現(xiàn)，直到 20次確認了水滑 石的 層狀結(jié)構(gòu)， 同時確 定其 O3·4H2O，即天然的水滑石化為由鎂和鋁兩種金間陰離子所構(gòu)成的層狀雙金屬氧化物[20]；與天然水中的金屬組成可以為其他種類的 2 價與 3 價金屬離也可以為其他類型的陰離子，從而形成與天然水滑化物并具有與其相似的物理化學性質(zhì)（如較大的比換能力、以及層狀晶體結(jié)構(gòu)等）。的結(jié)構(gòu)一般類似于天然水鎂石晶體，其化學結(jié)構(gòu) OH)2］x+［An－x /n］·mH2O，式中的 MⅡ代表二價Co2+、Cu2+、Zn2+，MⅢ代表三價金屬陽離子如 Al3衡作用的陰離子，水滑石與類水滑石化合物的晶

類水滑石吸附劑的制備和選擇Zn-Fe、Cu-Al 五種類水滑石化合物。體操作過程為：用去離子水配置含有 M2+和 M3+的兩種金屬離子的試驗中均取用金屬氯化物配置），使溶液中的 2 價和 3 價金屬離 1mol/L、0.5mol/L,移取該金屬離子混合液 200ml 至 500ml 的燒杯置于 80 攝氏度的恒溫水浴鍋中并將之前配置好的 20%NaOH 溶液至混合液的 pH 為 9，可以見到溶液中產(chǎn)生大量膏狀沉淀物。將所0℃條件下進行 16h 的恒溫陳化再用去離子水進行反復的洗滌和抽到 Cl-離子（AgCl 滴定無白色沉淀），將所得沉淀進行鼓風干燥即附劑。照上述方法分別制備 Mg-Al、Mg-Fe、Zn-Al、Zn-Fe、Cu-Al 五種劑，分別稱取 0.4g 并研磨成粉末狀加入 1L 濃度為 65.85mg·L-1的 （磷濃度 15mg·L-1）恒溫攪拌并測定不同種類類水滑石的磷吸附

圖 3-2 不同金屬組成的類水滑石磷吸附量對比Fig.3-2 Comparison of different LDHs on removing phosphorus驗結(jié)果可以看出，在初始磷濃度為 15mg·L-1的條件下不同金屬組除磷效果有較大差異，其中 Zn-Al 類水滑石具有最佳的磷去除效了 24mg·g-1，最低的為 Cu-Al 類水滑石，吸附量僅僅約為 9mg·能力由強到弱依次是 Zn-Al＞Zn-Fe＞Mg-Fe＞Mg-Al＞Cu-Al，其現(xiàn)出由快逐漸變慢的特點�；瘜θ芤褐兴岣x子的去除主要基于表面吸附和離子交換作用認為吸附速率的逐漸變慢是由于溶液中的磷酸根離子逐漸減少，與類水滑石上活性基團（主要為羥基）的離子交換速度減慢從而率，同時吸附速率的降低也對去除率的降低一定程度的影響。解不同金屬組成類水滑石除磷效果產(chǎn)生差異的原因?qū)λ频玫?MZn-Al、Zn-Fe 類水滑石進行 SEM 掃描分析如下：
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本文編號：2864261