中国水务行业观察者!

 当前位置: 首页 > 污水处理工艺 > 文章
铁镁铝三元类水滑石对磷的吸附特性研究
更新时间:2017-02-22 来源:《工业水处理》 作者:刘国,李军,杨衔,韩国睿

摘要:采用低饱和共沉淀的方法合成了n(Fe)∶n(Mg)∶n(Al)=1∶1∶1 的铁镁铝三元类水滑石。研究其对磷的吸附特性,考察了吸附时间、投加量、温度、pH 等因素对吸附效果的影响。结果表明:此类水滑石对磷的吸附在前20 min 吸附量急剧增加,40 min 之后趋于稳定;当投加量为1.0 g/L 时,吸附率和吸附容量都相对较高;初始pH 为3~10 时,对吸附效果无明显影响;温度对吸附效果影响较大,温度升高吸附量增加,表明此吸附过程是吸热过程。此类水滑石对磷的等温吸附数据与Langmuir 方程的相关系数很高,45℃时饱和吸附量高达13.15 mg/g,同时吸附过程符合二级动力学模型。

关于水体富营养化的研究表明,虽然氮和磷都是生物必需的重要营养物,但在很多情况下藻类水生生物对磷更为敏感〔1〕。当水体中的氮营养不足时,可以由固氮微生物的作用补充,而磷营养只能由外界补充〔2〕。因此,对富营养化水体的治理,控制磷的含量比控制氮的含量更具有实际意义。在除磷方法中,吸附法〔3〕以其高效低耗、工艺简单及运行可靠、快速等优点被用作单独的除磷手段,受到广泛关注。因而高效磷吸附剂的选择或制备、磷吸附行为及其影响因素等方面成为吸附法除磷的研究重点〔3-4〕。

类水滑石材料具有比表面积大、阴离子吸附能力强以及成本较低等优点。此类材料作为一类新型有效的阴离子吸附剂,也受到了越来越多的关注〔5〕。笔者在前人的研究基础上合成了铁镁铝三元类水滑石,并考察了其对磷的吸附性能。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器

试验试剂:硝酸镁、硝酸铁(天津市大茂化学试剂厂),硝酸铝(天津市红岩化学试剂厂),磷酸二氢钾(天津市广成化学试剂有限公司),抗坏血酸、四水合钼酸铵(国药集团化学试剂有限公司),酒石酸锑钾(天津市福晨化学试剂厂),浓硫酸(烟台市双双化工有限公司),以上试剂均为分析纯。

试验仪器:pHs-3B 型酸度计、FA2004B 型电子天平(上海精密科学仪器有限公司),SH-82 型恒温水浴振荡箱(江苏金坛市金城国盛实验仪器厂),752 型紫外分光光度计(上海光谱仪器有限公司)。

1.2 三元类水滑石的制备

按照n(Fe)∶n(Mg)∶n(Al)=1∶1∶1 配成金属混合溶液。称取NaOH 10 g 和Na2CO3 26.64 g,用蒸馏水溶于烧杯中,将两种溶液以一定的流速同时滴入盛有蒸馏水的烧杯中, 控制滴加速度以维持体系pH在8~9 左右,在60 ℃的水浴中采用低饱和共沉淀法〔6〕合成水滑石。动态晶化12 h,静态晶化6 h,离心洗涤,直到悬浊液呈中性,在80 ℃烘箱中烘干后,研磨成粉末状,制得Fe-Mg-Al 水滑石。

1.3 材料的表征

对制得的Fe-Mg-Al 水滑石进行XRD 表征。结果表明: 此类水滑石在2θ 分别为12.76°、23.19°、29.56°、31.47°、35.16°、38.74°、48.39°处,分别有衍射度较大的特征衍射峰,衍射峰形状较窄,峰形尖锐,强度较高,其晶相单一。结果与文献中的水滑石表面结构符合〔7〕,所以其结构为较完整的Fe-Mg-Al三元类水滑石材料。

1.4 吸附试验

称取一定质量的三元类水滑石放入锥形瓶中,向锥形瓶中加入25 mL 的模拟含磷废水(即磷酸二氢钾溶液), 置于恒温振荡器上以200 r/min 的速度振荡一定时间后取样,过滤后取上清液,用钼蓝法〔8〕测定磷含量,计算吸附容量。分别考察吸附剂投加量、振荡时间、pH、温度等因素对吸磷效果的影响。

2 结果与讨论

2.1 吸附影响因素研究

2.1.1 吸附时间对磷去除效果的影响

在室温条件下, 磷的初始质量浓度分别为20、25、30 mg/L ,pH 为7, 镁铝铁三元类水滑石投加量为1.6 g/L,考察不同吸附时间下吸附剂对磷去除率的影响,结果如图1 所示。由图1 可见, 在前20 min 内去除率逐渐升高,随着时间的增加,去除率有所增加,40 min 后去除率增长幅度趋于平缓,基本达到吸附平衡。

2.1.2 投加量对磷去除效果的影响

在室温条件下, 磷的初始质量浓度为20 mg/L,吸附时间为60 min。试验结果表明:随着铁镁铝三元类水滑石投加量的增加, 磷的去除率将逐渐增大并趋于稳定;其吸附容量却表现为逐渐降低的趋势。当投加量为1.0 g/L 时,吸附率和吸附容量都相对较高。

2.1.3 pH 对磷去除效果的影响

室温条件下, 调节溶液初始pH 在3~12 范围内,吸附剂用量1.0 g/L,吸附时间60 min。试验结果表明:溶液初始pH 在3~10 范围内时,去除率总体趋势变化不大,当pH 增大到12 时,去除率有明显的下降趋势。同时,吸附平衡时pH 维持在6~7 范围内,表明此类水滑石对pH 变化有一定的缓冲作用。

综上所述,溶液初始pH 在一定的变化范围内,镁铝铁三元类水滑石对磷酸根的去除率影响不是很大。

2.1.4 温度对磷去除效果的影响

初始磷质量浓度为20 mg/L, 吸附剂用量1.0g/L,初始pH 为7,分别考察铁镁铝三元类水滑石在不同温度下对磷吸附容量的影响,结果如图2 所示。

版权、出处:《工业水处理》

水星会员 MORE > 
  • 南方中金环境股份有限公司

    南方泵业系全国最早研发并规模化生产不锈钢冲压焊接离心泵企业,是目前国内不锈钢冲压焊接离心泵领域产销量最大的专业生产厂家。产品的系列范围、销售总量、产品质量均排在国内同行业首位。也是行业内率先研制、生产、销售管网叠压成套设备的企业。
  • 深圳市水务科技有限公司

    水务科技由深圳水务集团的IT团队创建于1998年10月,是国家级高新技术企业、软件企业,由深圳水务集团全资控股,是目前中国领先的水务信息化整体解决方案供应商之一。公司以创新为灵魂,矢志成为中国水务信息化领域的思想者、创造者和领导者。
  • 智恒科技股份有限公司

    智恒科技是我国早期从事管网漏耗监控及智能远程数据采集系统的研发制造企业,并以此为基点,努力践行、推进智慧水务创新,是国家住建部《智慧水务信息系统建设与应用指南》和《城镇供水信息系统工程技术标准》等国家标准的主编单位。智恒科技已成长为行业领先的智慧水务方案提供商。