磷在磁鐵礦-針鐵礦混合相上吸附行為及其機理研究.pdf

1、采用廢棄熱力貼(一種貼式取暖物)資源化制備除磷吸附劑,系統地表征了該吸附劑的主要物理化學性質,繪制了其吸附等溫線,就其吸附過程的熱力學、動力學進行了研究。在此基礎上,對吸附除磷效果隨pH的變化規律、不同磷濃度下zeta電位隨pH的變化規律、不同pH下吸附除磷效果隨離子強度的變化規律等進行了研究,以期進一步明晰吸附的機理。最后采用實際含磷廢水驗證了其處理實際廢水的能力。具體結論如下:
　　(1)主要物化性質:化學元素分析表明,廢棄熱

2、力貼資源化制備的吸附劑,主要化學成分為鐵元素,含少量的Si,Al,Mg等元素;比表面積測試及粒徑分析結果表明,所制備吸附劑的比表面積為98.3m2/g,平均粒徑為510nm;經XRD和FTIR圖譜綜合鑒定該吸附劑的主要物相為磁鐵礦-針鐵礦混合相(Magnetite-GoethiteMix,下文以MGM簡稱),同時FTIR圖譜解析發現,該吸附劑具有表面羥基化的特征;表面zeta電位分析發現,該吸附劑為可變電荷表面,pH較小時(小于5.7)

3、,吸附劑顆粒表面帶正電荷;pH較大時(大于5.7),吸附劑表面的電荷漸變為負電荷。
　　(2)吸附行為研究結果表明:當初始溶液pH為2時,隨著溫度從15℃提高至40℃,磷的最大吸附量qm由10.53mg/g增大至13.35mg/g;磷在MGM上的吸附等溫線符合Langmuir方程,其吸附歷時曲線遵循準二級動力學模型,初始吸附速率h隨著反應溫度的上升從6.74增至8.22mg/(g·h),說明提高溫度能加快磷在MGM上的吸附;磷在M

4、GM表面吸附的熱力學參數表明,該吸附過程是自發、吸熱的,并且溶液中的磷傾向于優先選擇在MGM表面吸附。
　　(3)吸附機理研究發現:磷在MGM上吸附量隨溶液pH值增大而減少,在溶液初始pH值介于2～7時,反應后pH都有不同程度增長,說明MGM在吸附過程中具有羥基釋放特征;當初始pH值7～10時,反應后pH呈現出下降趨勢,這是pH值升高阻礙了外層絡合物向內層絡合物快速轉化,從而羥基釋放減少,以至于不能中和MGM表面金屬水解所釋放的H

5、+,所以反應后溶液pH下降。MGM的pHIEP(等電點)為5.7,當MGM吸附磷后,其pHIEP向左發生了明顯的偏移,pHIEP向左偏移說明磷在MGM的Stern緊密層發生了陰離子專性吸附,即生成了內層絡合物;在含磷體系中,MGM的pH-zeta曲線變化趨勢表現出先急速下降,后緩慢探底的變化趨勢,這是由磷在MGM表面吸附行為的轉變所致;在pH=2,6時,離子強度變化對磷的去除率影響不大,然而在pH=10時,磷的去除率隨離子強度增大呈上升

6、趨勢,這也說明了隨著pH值增大,磷的去除率受離子強度影響增強;Fe3+與SCN-顯色實驗表明,MGM表面直接沉淀的生成;磷在MGM上的吸附受溶液pH值主導,pH值較低時,內層絡合,靜電吸引,表面直接沉淀等驅動磷在MGM上的吸附;pH值較高時,靜電吸引漸變為靜電排斥,內層絡合有減弱趨勢,不利于磷的吸附,而內層絡合共吸附,表面間接沉淀促進了磷的吸附,但兩者作用的綜合結果表現為除磷效果下降。
　　(4)實際廢水吸附實驗表明:當實際廢水溶