【摘要】：水是生命之源,飲用水的生物安全問題已經(jīng)嚴重威脅到當(dāng)今社會的發(fā)展以及人類的生存。磷,作為一種重要的營養(yǎng)素,是生物生長所必須的一種元素。飲用水的生物穩(wěn)定性自上個世紀被提出就逐漸為人關(guān)注。控制水中磷元素含量,是一種高效且易實現(xiàn)的抑制管網(wǎng)中細菌再生的方法。因此,如能控制飲用水中磷含量,則能有效控制飲用水水質(zhì)生物穩(wěn)定性。目前的水中除磷方法有很多,但優(yōu)缺點各異。吸附法作為一種較為較為高效經(jīng)濟的方法,受到廣泛關(guān)注。而吸附除磷方法的核心就在于吸附劑的選擇。因此,本課題研究了具有較高吸附容量的吸附劑,并對吸附劑的吸附除磷效能進行實驗研究。本研究首先利用簡單易行的濕浸法對碳納米管進行改性制備得到載鑭碳納米管,再通過抽濾法制備得到載鑭碳管薄膜。采用常規(guī)的表征手段吸附載鑭碳管材料進行表征。通過XPS、XRD、FTIR對粉末狀改性吸附劑的檢測,說明在制備過程中成功將鑭元素以氫氧化鑭的形式負載到了碳納米管上。并初步對載鑭碳納米管進行除磷效能探究。載鑭碳管吸附劑對水中磷元素的吸附行為適合用準(zhǔn)二級吸附動力學(xué)模型來描述,但是高溫的條件下物理吸附可能在相對更多地占據(jù)了整個吸附過程主體部分,而pH值對吸附行為的機理影響較小;該吸附劑同時滿足兩種等溫吸附模型,理論吸附容量達到160mgP/g。通過熱力學(xué)分析,說明吸附反應(yīng)過程是自發(fā)的熵增的放熱反應(yīng)。隨后采用抽濾法制備厚度約為30μm左右的載鑭碳管薄膜,通過單因素實驗的探究,發(fā)現(xiàn)吸附反應(yīng)的諸多條件中,吸附時長、初始磷元素與吸附劑的吸附量呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系,吸附劑投量則與載鑭碳管薄膜的吸附量呈現(xiàn)負相關(guān)的關(guān)系;吸附材料的去除效果隨著pH值得增加先緩慢上升后迅速下降,在pH為5時最大,在2-8之間可以穩(wěn)定在80mgP/g左右;研究了四種共存陰離子,均對磷元素的去除有一定的抑制作用,其中碳酸根離子的抑制作用最為顯著。最后對載鑭碳管薄膜吸附除磷效能進行了實驗研究。通過吸附動力學(xué)實驗分析,在25度條件下,載鑭碳管薄膜對磷元素的吸附用兩種吸附動力學(xué)模型擬合都具有很好的相關(guān)性,準(zhǔn)一級動力學(xué)擬合相關(guān)系數(shù)略高,這與粉末狀吸附劑有所區(qū)別。在溫度上升或者pH值增大的條件下,載鑭碳管薄膜對磷元素的吸附更適合用準(zhǔn)二級動力學(xué)來描述。通過吸附等溫線實驗分析,載鑭碳管薄膜吸附劑的吸附過程更符合弗蘭德里希吸附等溫線模型,理論飽和吸附量達到145mgP/g。通過熱力學(xué)實驗分析說明吸附反應(yīng)過程是自發(fā)的熵增的放熱反應(yīng)。通過吸附前后材料的表征研究,證明磷酸根通過將材料表面的-OH基團取代形成了內(nèi)層配合物這一過程被吸附在吸附劑上。針對低濃度的磷元素,載鑭碳管薄膜依然能夠起到很好的吸附除效果。
【圖文】：

圖 1-1 磷元素的相互轉(zhuǎn)化除磷方法磷元素的去除技術(shù)已經(jīng)有很多研究，常用的除磷方法有附法、膜處理技術(shù)以及離子交換法等[15.16.17]。學(xué)沉淀除磷法沉淀除磷法的原理是通過投加化學(xué)藥劑，使其與水中的成難溶性沉淀物，除去水中沉淀以達到除磷目的的方法[1酸鹽離子與化學(xué)藥劑發(fā)生沉析的同時，生成的沉淀物質(zhì)一定的吸附作用，通過絮凝作用形成含磷絡(luò)合沉淀，增沉淀法是一種傳統(tǒng)的水中除磷方法，最早在歐洲投入使用時間長，技術(shù)相對成熟可靠的優(yōu)點�；瘜W(xué)沉淀除磷法較高的污水�；瘜W(xué)沉淀藥劑主要為鋁鹽、鐵鹽以及石灰式如下。

圖 1-2 研究路線示意圖1.6.3 課題研究內(nèi)容本課題的主要研究是通過簡單改性方法制備一種載鑭碳納米管，進一步制備成膜。對材料進行各個方面的表征，研究吸附材料的吸附除磷效能。具體的研究內(nèi)容為：（1）載鑭碳納米管的制備。通過簡單的濕浸法制備一種新的載鑭碳納米管吸附劑，對吸附劑的制備條件進行優(yōu)選。（2）載鑭碳納米管的表征。對所制備的吸附材料進行表征。主要通過表觀表征描述，掃描電鏡（SEM）進行微觀表征，X 射線衍射分析（XRD）、X 射線光電子能譜分析（XPS）、傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜分析（FTIR）進行物相表征，對吸附材料進行初步的分析。（3）載鑭碳納米管的吸附效能研究。通過吸附動力學(xué)、等溫線、熱力學(xué)等多個方面對粉末狀吸附劑的除磷效能研究，主要的反應(yīng)因素條件包括吸附時長、投量、溫度、pH 值以及共存離子等。（4）載鑭碳管薄膜吸附劑的制備與吸附效能研究。，通過抽濾法進行制
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ424;TU991.2

【參考文獻】

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