类水滑石制备改性以及深度除磷的研究

发布时间：2020-10-31 17:24

　　 我国因水体富营养化而引起的水体污染和水生态破坏已经日益严峻,而生活以及生产污废水中磷含量的超标排放所引起受纳水体中磷浓度过高是产生水体富营养化的根本原因之一。本文通过制备类水滑石吸附剂对污废水中的磷进行吸附去除并通过对载磷类水滑石上磷的解吸以及回收处理使原污水中的磷达到资源化利用的目的,其中重点探讨了Zn-Al类水滑石的磷吸附性能以及其除磷作用机理和相关影响因素。本文首先运用共沉淀法在2价与3价金属离子摩尔比为2:1条件下制备了Mg-Al、Mg-Fe、Zn-Al、Zn-Fe、Cu-Al五种类水滑石化合物,并在初始磷浓度为15mg·L~(-1)的条件下测试其磷吸附能力,结果表明Zn-Al类水滑石具有最大的磷吸附容量。对比这五种类水滑石的SEM照片可以看出,Zn-Al类水滑石具有最好的层状晶体结构和较大的比表面积。为探究制备条件和吸附条件对Zn-Al类水滑石磷吸附性能的影响,分别在不同的Zn:Al摩尔比、制备温度、共沉淀剂、陈化时间和焙烧温度条件下制备Zn-Al类水滑石并进行磷吸附试验,结果表明在Zn:Al摩尔比为2、制备温度70℃、共沉淀剂为10%NaOH、陈化时间5h、并在300℃焙烧改性的条件下制备的Zn-Al类水滑石具有最佳的磷吸附性能,其吸附容量可达41mg·g~(-1)。控制不同的初始磷浓度、Zn-Al投加量、振荡研磨、溶液pH等条件进行吸附试验,结果表明粉末状Zn-Al类水滑石在初始pH为6至9吸附时间16h时即可达到较高的平衡状态,同时实验研究表明Zn-Al类水滑石具有良好的碱性稳定性和酸缓冲能力。在Zn-Al类水滑石磷吸附试验中分别加入几种不同浓度的共存离子(SO_3~(2-)、Cl~-、NO_3~-、CO_3~(2-)、SO_4~(2-))并观察其对Zn-Al类水滑石磷吸附性能的影响,结果表明共存阴离子的加入均会使其磷吸附容量有所降低,按照影响强弱排序为CO_3~(2-)SO_3~(2-)SO_4~(2-)NO_3~-Cl~-,这也说明了Zn-Al类水滑石除磷机理是表面吸附和离子交换共同作用的结果。通过Zn-Al类水滑石解吸与再生试验得出结论:10%NaOH为最佳的解吸液,焙烧法再生的最佳温度为300℃,当再生次数达到3次时磷吸附容量仅为19mg·g~(-1)因此再生次数以2次为宜。以CaCl_2为沉淀剂对解吸所得磷溶液进行磷回收试验结果表明:初始反应pH为11、Ca:P摩尔比为2、反应时间25min以上时回收效果最佳,受最低反应浓度的影响回收反应仅仅在磷浓度达到10mg·L~(-1)时才能生成Ca_5OH(PO_4)_3沉淀,因此初始磷浓度越高则回收率越高,当待回收液初始磷浓度为500mg·L~(-1)时回收率可达98%。
【学位单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X703
【部分图文】：

价金属离子和 3 价金属离子构成的具有同水滑石类属氢氧化物，在分类上属于层状阴离子粘性土[19]。的基本概念源于天然的水滑石( Hydrotalcite，简称学家于 1842 年在天然的片岩矿层中发现，直到 20次确认了水滑 石的 层状结构， 同时确 定其 O3·4H2O，即天然的水滑石化为由镁和铝两种金间阴离子所构成的层状双金属氧化物[20]；与天然水中的金属组成可以为其他种类的 2 价与 3 价金属离也可以为其他类型的阴离子，从而形成与天然水滑化物并具有与其相似的物理化学性质（如较大的比换能力、以及层状晶体结构等）。的结构一般类似于天然水镁石晶体，其化学结构 OH)2］x+［An－x /n］·mH2O，式中的 MⅡ代表二价Co2+、Cu2+、Zn2+，MⅢ代表三价金属阳离子如 Al3衡作用的阴离子，水滑石与类水滑石化合物的晶

类水滑石吸附剂的制备和选择Zn-Fe、Cu-Al 五种类水滑石化合物。体操作过程为：用去离子水配置含有 M2+和 M3+的两种金属离子的试验中均取用金属氯化物配置），使溶液中的 2 价和 3 价金属离 1mol/L、0.5mol/L,移取该金属离子混合液 200ml 至 500ml 的烧杯置于 80 摄氏度的恒温水浴锅中并将之前配置好的 20%NaOH 溶液至混合液的 pH 为 9，可以见到溶液中产生大量膏状沉淀物。将所0℃条件下进行 16h 的恒温陈化再用去离子水进行反复的洗涤和抽到 Cl-离子（AgCl 滴定无白色沉淀），将所得沉淀进行鼓风干燥即附剂。照上述方法分别制备 Mg-Al、Mg-Fe、Zn-Al、Zn-Fe、Cu-Al 五种剂，分别称取 0.4g 并研磨成粉末状加入 1L 浓度为 65.85mg·L-1的 （磷浓度 15mg·L-1）恒温搅拌并测定不同种类类水滑石的磷吸附

图 3-2 不同金属组成的类水滑石磷吸附量对比Fig.3-2 Comparison of different LDHs on removing phosphorus验结果可以看出，在初始磷浓度为 15mg·L-1的条件下不同金属组除磷效果有较大差异，其中 Zn-Al 类水滑石具有最佳的磷去除效了 24mg·g-1，最低的为 Cu-Al 类水滑石，吸附量仅仅约为 9mg·能力由强到弱依次是 Zn-Al＞Zn-Fe＞Mg-Fe＞Mg-Al＞Cu-Al，其现出由快逐渐变慢的特点。滑石对溶液中酸根离子的去除主要基于表面吸附和离子交换作用认为吸附速率的逐渐变慢是由于溶液中的磷酸根离子逐渐减少，与类水滑石上活性基团（主要为羟基）的离子交换速度减慢从而率，同时吸附速率的降低也对去除率的降低一定程度的影响。解不同金属组成类水滑石除磷效果产生差异的原因对所制得的 MZn-Al、Zn-Fe 类水滑石进行 SEM 扫描分析如下：
【参考文献】

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本文编号：2864261