基于牡蛎壳粉的结晶除磷实验研究

发布时间：2019-01-07 14:53

【摘要】：磷是生命活动和工业生产中不可缺少的元素,同时,也是不可再生的资源。生活污水中含有大量的磷,将这部分磷回收利用,可以满足节约资源和保护生态的双重要求。本文针对基于牡蛎壳粉的结晶除磷实验进行了研究。首先以生牡蛎壳粉为结晶晶种进行了研究,利用单因素分析方法分别研究pH、c(Ca)/c(P)、晶种投加量对结晶除磷效果的影响。分别设置pH为6、7、8、9、10,c(Ca)/c(P)为1、2、3、5、10,晶种投加量为0g、0.5g、1.0g、2.0g、5.0g、10.0g。结果显示,生牡蛎壳粉不是较好的HAP结晶晶种,在其它条件不变的情况下,增加生牡蛎壳粉投量,不能持续稳定提升结晶除磷能力。对生牡蛎壳粉进行了进一步煅烧改性,研究煅烧温度和煅烧时间对其的改性程度的影响,并利用改性充分的牡蛎壳粉进行结晶除磷实验研究,考察不同初始磷浓度和pH条件下,最佳晶种投加量,并利用XRD进行了生成物分析。分别设置煅烧温度为500℃、600℃、700℃、750℃、800℃,煅烧时间为10min、30min、1h、1.5h。结果显示,对一定质量牡蛎壳粉(10g)进行煅烧改性,改性条件为温度800℃、时间30min时改性趋于完全,改性后可大大增加牡蛎壳粉释放Ca~(2+)的能力;煅烧牡蛎壳粉除磷效率可达228.125mgP/g,比其它吸附除磷材料或其它结晶晶种效率高出几倍甚至数十倍;XRD分析结果显示,生成物中含有大量磷酸氢钙、少量羟基磷酸钙。进一步利用煅烧牡蛎壳粉进行研究。用PVA包埋煅烧牡蛎壳粉制备缓释Ca~(2+)结晶除磷剂,并利用正交实验的方法研究了PVA浓度、包埋量、PEG用量和固化剂种类四个影响因素对除磷剂的物理性能及缓释性能的影响,考察制得除磷剂的缓释Ca~(2+)除磷性能,并根据SEM分析及实验中出现的现象解释除磷剂缓释Ca~(2+)结晶除磷机理。设置PVA浓度为8%、9%、10%、11%,PEG浓度为0%、0.4%、0.8%、1.2%,PVA+PEG用量为12m L、12.5mL、13m L、13.5ml,固化剂种类为4%硼酸、4%硼酸+4%CaCl2。结果显示,用该方法制得的除磷剂可于水中缓慢释放Ca~(2+)超20d,缓释除磷效果良好;最佳配方为:12m LPVA+PEG(PVA浓度为8%,PEG用量为0.8%)溶液包埋20g煅烧牡蛎壳粉制成小球后于4%硼酸溶液中固定化2天。利用SEM、XRD分析手段对反应产物进行分析,结果显示,SEM图中出现形状规则的结晶和一些胶状非结晶,XRD中出现明显的CaCO_3衍射峰。分析成分可知,该缓释Ca~(2+)除磷剂除磷反应的生成产物为PVA、CaCO_3和HAP的混合物,缓释Ca~(2+)除磷剂存在反应前期释放Ca~(2+)过快的问题。随后,对除磷剂的结晶回收磷效率进行了计算,并对除磷剂进行评价,发现实验中16组除磷剂最高磷回收效率可达44.53mg/g,该除磷剂是一种较好的缓释Ca~(2+)结晶除磷剂,该除磷剂的制作方法值得推广应用。
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【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703

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