功能化氢氧化锆交联聚乙烯醇微球的制备及除磷特性研究

发布时间：2020-06-21 10:58

【摘要】：磷是一种主要营养污染物,含磷废水未达标排入自然水体可能造成富营养化,导致水体急剧恶化。同时磷也是一种重要且不可再生的资源,它对工农业生产具有极其重要的意义。因此迫切需要一种能高效去除和回收废水中磷的技术,保证磷资源的可持续供给同时降低环境污染。吸附法被认为是一种能够实现污水中磷去除和回收的有效方法,然而其关键在于合适吸附剂的选择。本研究以聚乙烯醇(PVA)为载体,引入对磷酸盐亲和力极强的氢氧化锆,在碱性条件下,一步包封原位生成氢氧化锆交联聚乙烯醇的凝胶微球(PVA/ZR)。同时利用三乙烯四胺(TETA)对其进行表面改性,成功制备出三乙烯四胺改性的氢氧化锆交联聚乙烯醇复合微球(TETAPVA/ZR)。为了进一步提升微球的吸附性能,利用液滴微流控技术,制备出直径为250 um的磁性氢氧化锆交联聚乙烯醇微球(mPVA/ZR)。用不同表征方法研究了其组成和结构特性,同时在静态批次试验和动态吸附柱试验下对PVA/ZR、TETAPVA/ZR和mPVA/ZR进行了除磷特性的分析。结果表明:(1)相比PVA/ZR,氨基功能改性的TETAPVA/ZR吸附量得到了较大的提升。利用SEM、XRD、TGA、FTIR和XPS表征PVA/ZR、TETAPVA/ZR,其形态呈良好的球形,性质稳定。静态试验研究结果表明,PVA/ZR和TETAPVA/ZR在酸性条件下有利于磷酸盐的吸附,受Cl~-、SO_4~(2-)和NO_3~-离子影响较小,受腐殖酸、富里酸和HCO_3~-负影响较大,阳离子的存在对PVA/ZR、TETAPVA/ZR的吸附性能会有所提升。PVA/ZR和TETAPVA/ZR都符合准二级动力学模型和颗粒内扩散模型。Freundlich模型较好地描述试验结果,说明吸附过程是以多分子层非均相吸附为主。脱附再生试验中均表明具有良好的重复利用性能。PVA/ZR和TETAPVA/ZR吸附磷酸盐的机理主要是包括静电作用、配体交换和内层复合体作用。(2)利用PVA/ZR和TETAPVA/ZR模拟对实际污水中磷去除和回收,吸附剂投加量影响和动态吸附柱吸附-解吸试验结果表明PVA/ZR和TETAPVA/ZR用于实际废水的除磷和回收具有极大潜力,污水中的阳离子有可能参与磷酸盐的去除,可以增大吸附量,在柱吸附后磷解吸率都在97%以上。(3)利用SEM、XRD、TGA、FTIR、VSM、DLS和XPS表征mPVA/ZR,其形态良好、性质稳定且具有磁响应功能。mPVA/ZR在酸性条件下有利于磷酸盐的吸附,且对磷酸盐表现出一定的选择性吸附能力。mPVA/ZR符合准一级动力学模型和颗粒内扩散模型。Freundlich模型较好地描述试验结果,说明吸附过程是以多分子层非均相吸附为主。脱附再生试验中均表明具有良好的重复利用性能。mPVA/ZR吸附磷酸盐主要是静电作用、配体交换和内层复合体的联合作用。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;O631
【图文】：

去转化为能量。在阴极附近，由于 pH 较高，磷能和水中的 Mg2+和 NH4+NH4PO4，从而实现磷的去除与回收。然而，磷酸铵镁在阴极电极表面沉淀后，子和氧等的传质过程，从而减少产电量。因此，该技术还有待进一步研究[29, 30在生物法众多技术中，常用的工艺有 A2/O 工艺、氧化沟工艺、SBR 工艺、E、Phostrip 工艺、改良 Bardenpho 工艺、CAST 工艺和 UCT 工艺等[31]。在这些物除磷的基本过程主要还是分为三大部分，除磷菌的过量摄取磷、除磷菌的磷磷污泥的排放。在这些类工艺过程中也可以实现磷的回收，不同的工艺回收位但实质是一样的。比如在 A2/O 工艺中，如图 1-1 所示，可以收集使用磷浓度较消化上清液（A）、污泥消化液（B）和污泥脱水滤出液（C）用于磷回收。但在中依然存在许多需要解决的问题，如何排除污水中其他离子的干扰，将磷从含和重金属等有毒物质的混合体系中分离出来是我们今后需要解决的问题[32]。

1.3.2 化学沉淀/结晶法化学除磷主要是通过向污水中投加金属盐类化学药剂，主要为铝盐和铁盐等，从而生成难溶性的含磷金属盐与水相分离，对水体 pH 和金属离子浓度的控制需十分严格，否则容易造成效果不佳和药剂污染。在反应过程中，不仅涉及到沉淀反应，更是有着复杂的化学絮凝反应等，大体可分为四个步骤：沉淀反应、凝聚作用、絮凝作用和固液分离[23, 25]。在运用化学除磷时，对投加药剂的种类、用量和地点都至关重要。药剂的投加点比较灵活，可以在初沉池前、曝气池中或曝气池与二沉池之间，也可对二沉池出水进行投加，根据这些投加点一般把工艺流程可大致分为三部分：前置除磷、协同除磷和后置除磷[33, 34]。工艺相对简单如下图所示：

【参考文献】

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1 张楠楠;宫红;姜恒;;粗孔微球硅胶负载氢氧化锆对磷酸根吸附性能[J];化工科技;2015年04期

2 骆华勇;陶涛;王芹;周爱姣;;磁性水凝胶的制备及其在正渗透中的应用[J];华中科技大学学报(自然科学版);2015年06期

3 张杞蓉;普晓晶;;污水除磷技术的研究进展[J];能源与环境;2014年04期

4 汪伟;谢锐;巨晓洁;褚良银;;微流控法制备新型微颗粒功能材料研究新进展[J];化工学报;2014年07期

5 刘艳磊;陆岩;姜恒;宫红;;氢氧化锆及其焙烧产物对磷酸根的吸附特性研究[J];无机盐工业;2014年01期

6 张蕴;奚晓青;许姗妮;周俊晨;周津金;徐启宏;沈昊宇;;氨基功能化纳米复合材料对磷酸盐的吸附研究[J];化学学报;2012年17期

7 陈九生;蒋稼欢;;微流控液滴技术:微液滴生成与操控[J];分析化学;2012年08期

8 张存珍;韩猛;;废水生物除磷及回收新技术[J];农业与技术;2012年03期

9 黄红志;;城市污水的生物除磷技术[J];企业技术开发;2011年05期

10 林永波;谢新宇;蔡体久;;聚乙烯醇-海藻酸钠凝胶球去除废水中无机磷的研究[J];环境科学与技术;2009年10期

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3 张园梦;多孔水凝胶吸附剂的制备及其重金属的吸附行为研究[D];湖南大学;2018年

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5 张耀坤;互穿网络海藻酸盐凝胶球的制备及其吸附水中磷酸盐性能研究[D];广州大学;2017年

6 朱伟;改性镁剂脱硫废渣的除磷吸附性能与机理研究[D];苏州科技大学;2017年

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9 吕秀彬;城市污水厂除磷规律及其污泥碳化废水的处理研究[D];太原理工大学;2016年

10 王牧群;氢氧化锆纳米粒子交联的高强度水凝胶的研究[D];北京理工大学;2016年

本文编号：2723971