沸石同步脱氮除磷功能调控及机理研究

发布时间：2020-05-13 06:26

【摘要】：氮和磷是水体中最受关注的两种污染物,过量的氮和磷排入水体将引起水体富营养化。因此,开发高效的环境功能材料同步去除水体中氮和磷具有重要意义。本文以同步去除水体中氨氮和磷酸盐、硝酸盐和磷酸盐为目标,结合沸石的内部结构和表面特性,研究了氢氧化钠改造-氧化镧调控沸石(Z-Na-La)和沸石-纳米零价铁镍复合材料(Z-Fe/Ni)的制备过程以及环境因素对调控沸石同步脱氮除磷的影响规律,深入研究了沸石调控和污染物去除机理。研究得出了 Z-Na-La的最佳调控工艺条件为NaOH浓度1.0 mol/L,LaCl3溶液 pHI0,LaCl3浓度 0.4%,焙烧温度 200℃。SEM-EDS、FTIR 和 XPS 表征发现,Na+通过离子交换作用进入沸石骨架,La3+则是通过与Ca2+交换和表面共沉淀的方式进入沸石孔道或负载于表面。酸性环境有利于氨氮和磷酸盐的去除,二者的最高去除率分别达到82%和98%。共存Na+、K+抑制氨氮吸附,而Ca2+、Mg2+影响较小;Cr、SO42-和N03-几乎不影响磷酸盐去除,而HCO3-起抑制作用。准二级动力学和Langmuir模型可更好地描述Z-Na-La吸附氨氮和磷酸盐特征,二者最大吸附容量分别为21.5和17.2 mg/g,优于大部分同步去除二者的材料。氨氮和磷酸盐吸附速率的主要控制步骤为颗粒内扩散,吸附为自发的吸热过程。ICP-MS、FTIR、Zeta和XPS测试结果表明,氨氮主要通过离子交换作用去除,磷酸盐的主要去除机理则为内层络合作用。研究获得了 Z-Fe/Ni最佳制备条件为无水乙醇浓度70%、Fe与沸石负载比1:4、Fe3+与BH4-摩尔比1:5、Ni负载量1.0%。TEM测试结果表明,纳米零价铁均匀分散于沸石表面,其颗粒尺寸均小于25nm;XRD、FTIR、XPS和Zeta测试结果发现,沸石载体可提高纳米零价铁镍(Nano-Fe/Ni)的稳定性和反应活性。在相同溶液初始pH条件下,Z-Fe/Ni去除硝酸盐和磷酸盐的效果优于Nano-Fe/Ni,且其对溶液pH的依赖程度低于Nano-Fe/Ni;共存HCO3-、SO42-和HA对硝酸盐和磷酸盐的去除有抑制作用,而Cl-具有促进作用。硝酸盐可促进Z-Fe/Ni去除磷酸盐,而磷酸盐对硝酸盐的去除具有抑制作用。研究得出了 Z-Fe/Ni与硝酸盐和磷酸盐的反应路径。SEM-EDS、XRD、FTIR和XPS结果表明,Z-Fe/Ni去除硝酸盐为催化还原作用,磷酸盐则主要通过化学沉淀和络合作用去除。本文的研究结果将为环境功能矿物材料的调控和应用提供理论基础,为纳米零价铁与载体的协同作用机制研究提供借鉴。
【图文】：

北京科技大学博士学位论文献综述逡逑水体氮磷污染现状及危害逡逑１水体氮磷污染现状逡逑根据《全国环境统计公报（２０１５年）》数据显示，全国废水排放。其中，工业废水排放量１９９．５亿吨、城镇生活污水排放量５中化学需氧量排放量为２２２３．５万吨，氨氮排放量达到２２９．９境保护部公布的《２０１６中国环境状况公报》显示，２０１６年，表水国考断面中，ＩＶ类３２５个，占１６．８％；邋Ｖ类１３３个，占６６个，占８．６％。主要污染物指标包括氨氮、总氮和磷酸盐。逡逑劣ｖ类逦ｍ逡逑

逦８．６％逦２．４％逡逑图２－１邋２０１６年全国水质类别比例逡逑长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河等七大流域和浙闽片河逡逑流、西北诸河、西南诸河的１６１７个水质国考断面中，ＩＶ至劣Ｖ类水质断面占逡逑２８．８％，其主要污染指标为总磷和化学需氧量；全国１１２个重要湖泊（水库），逡逑轻度富营养化到中度富营养化湖泊总数为２５个，占２２．３％，，主要污染指标为逡逑化学需氧量和总磷；全国６２１４个地下水监测点，评价为较差级和极差级占逡逑６０．１％，主要超标指标包括“三氮”（氨氮、硝酸盐和亚硝酸盐）；近海岸域，逡逑４１７个点位中，三类水至劣四类水占２６．６％，主要污染物为无机氮和活性磷逡逑酸盐。逡逑由此可见，我国水体环境中主要污染物为化学需氧量、氨氮、总氮和总逡逑磷。氮和磷仍然是水体中最常见的两类污染物
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X52

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 Akbar Soliemanzadeh;Majid Fekri;;Synthesis of clay-supported nanoscale zero-valent iron using green tea extract for the removal of phosphorus from aqueous solutions[J];Chinese Journal of Chemical Engineering;2017年07期

2 Ya Cheng;Tinglin Huang;Xinxin Shi;Gang Wen;Yuankui Sun;;Removal of ammonium ion from water by Na-rich birnessite:Performance and mechanisms[J];Journal of Environmental Sciences;2017年07期

3 张芙蓉;雷行;常冰;刘婷;吴濵;;铝锰复合氧化物负载沸石对氨氮和磷的同步吸附特性[J];环境工程学报;2017年04期

4 罗胜南;尚润东;靳永胜;;我国微生物法去除氨氮研究进展[J];生物技术进展;2017年02期

5 杨敏;柯俊锋;何晓曼;雷娜娜;张其武;;氢氧化钠改性沸石对水中Cu~(2+)的吸附特性研究[J];环境污染与防治;2017年03期

6 林建伟;方巧;詹艳慧;;镧-四氧化三铁-沸石复合材料制备及去除水中磷酸盐和铵[J];环境化学;2015年12期

7 林海;郑倩倩;董颖博;金鑫;张小佩;;复合改性对沸石物化性质及脱氮除磷抗菌的影响[J];功能材料;2015年13期

8 姚景;陶权;马效芳;胡牧;雷永佳;梁英;;HDTMA改性沸石同步去除氨氮和磷酸盐的效果及规律研究[J];安全与环境学报;2015年03期

9 戴敏;王建国;巢军委;汤芳;朱励军;;镧生物质炭对磷酸根离子的吸附特性[J];生态与农村环境学报;2015年03期

10 郑雯婧;林建伟;詹艳慧;杨孟娟;方巧;;镧和阳离子表面活性剂联合改性活性炭对水中磷酸盐和硝酸盐的吸附作用[J];环境化学;2015年05期

相关博士学位论文 前10条

1 王姣;矿物负载型铁基纳米环境材料的制备及吸附降解机理研究[D];中国科学技术大学;2017年

2 刘泉利;氧化镧改性硅酸盐矿物的表征及其除磷机理研究[D];北京科技大学;2017年

3 陈洪波;内聚物驱动生物脱氮除磷机理及优化控制研究[D];湖南大学;2015年

4 史嘉璐;含吡啶基螯合树脂负载纳米铁系金属选择性还原硝酸盐的特性和机理[D];南京大学;2015年

5 李婷;亚铁强化去除水中磷酸盐的作用机制与效能[D];哈尔滨工业大学;2015年

6 吕晓书;稳定化纳来级零价铁的制备及对水中Cr(Ⅵ)的去除机制研究[D];浙江大学;2015年

7 黄微雅;功能化改性无机除磷吸附剂的制备及吸附性能研究[D];暨南大学;2013年

8 毛岩鹏;水体中铁盐与磷酸盐的相互作用机理及其数学模型研究[D];山东大学;2012年

9 李勇超;功能化核壳型纳米铁的制备及修复地下水中六价铬的研究[D];南开大学;2012年

10 张鉴达;MCM-41介孔硅材料的改性及其对水中磷酸根的吸附研究[D];上海交通大学;2011年

相关硕士学位论文 前9条

1 谢春阳;载纳米零价铁多孔陶瓷颗粒吸附重金属离子的材料表征及机理研究[D];西南交通大学;2017年

2 苗琛琛;镧改性凹凸棒土对模拟富营养化水体中磷的去除研究[D];南京大学;2016年

3 袁檬;膨润土改性和造粒对水中营养盐的吸附性能研究[D];湖北大学;2016年

4 赵达;载铁膜沸石制备及其控制河道污染物的试验研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

5 刘剑;改性沸石去除模拟二级出水中氨氮的实验研究[D];昆明理工大学;2015年

6 党瑞;天然及改性沸石去除水中磷的试验研究[D];兰州交通大学;2015年

7 张家利;天然及改性沸石去除水中氨氮的试验研究[D];兰州交通大学;2014年

8 杨淑佳;镁改性沸石同步去除水中氨氮和磷的研究[D];山西大学;2013年

9 曹云华;沸石微生物联合固定化去除富营养化水体中氨氮的研究[D];吉林大学;2008年

本文编号：2661546