镧改性凹凸棒土对模拟富营养化水体中磷的去除研究

发布时间：2017-10-09 02:07

  本文关键词：镧改性凹凸棒土对模拟富营养化水体中磷的去除研究

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【摘要】：粘土对水体中磷的吸附在处理富营养化水体的过程中发挥着重要的作用。澳大利亚Phoslock Water Solutions LTD公司生产的锁磷剂(镧改性蒙脱土)在治理富营养化水体方面应用广泛且效果显著。结合江苏惠达矿业科技有限公司生产脱色剂的现有生产工艺,制备了镧改性酸化凹凸棒土(La-H-ATP)与镧改性非酸化凹凸棒土(La-ATP),并对La-ATP、La-H-ATP对磷酸盐的吸附性能进行了系统研究。比较了La-ATP、La-H-ATP在不同水化学条件下吸附能力,分析了其对底泥磷释放的覆盖法控制效果。通过扫描电子显微镜(SEM)、N2低温吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线荧光光谱(XRF)、电感耦合等离子体光谱(ICP)等技术对材料进行表征、研究。结果表明本论文所用凹凸棒土矿物品相好,结晶度高,棒状结构清晰,含有一定量的钙、铁等杂质离子。制备所得La-ATP和La-H-ATP比表面积分别为82.40 m2/g和107.84 m2/g。XRF和ICP数据表明,La-ATP中的镧元素负载量(22.9 mg/g)高于La-H-ATP中的镧元素负载量(8.0 mg/g)。吸附试验表明中性条件下的La-ATP的最大吸附容量为12.08 mg/g, La-H-ATP为12.38mg/g。高温有利于La-ATP和La-H-ATP对磷的吸附,高温(35℃)时La-ATP、La-H-ATP的最大吸附平衡量qe均约是低温(10℃)时的2倍。在各个不同温度条件下,当溶液中磷酸根浓度一定时,La-ATP的吸附量均大于La-H-ATP。动力学研究表明La-ATP和La-H-ATP的吸附更加契合准二级动力学模型,La-ATP和La-H-ATP的吸附速率常数分别为0.0415 g·mg-1·min-1和0.0316 g·mg-1min-1。在酸性条件下,La-ATP的吸附量略高于La-H-ATP。镧改性凹凸棒土吸附剂对磷酸根具有选择性吸附,氯离子、硝酸根、硫酸根、碳酸根均对吸附无明显影响。覆盖材料用量越大,越有利于其对底泥磷的释放抑制。当覆盖材料用量为0.75 g/L, La-H-ATP对底泥磷释放抑制率为71.43%,La-ATP为85.71%。25℃条件下,对于无覆盖材料的实验而言,底泥磷的释放在20天左右时,磷酸盐的释放基本达到最大为0.34 mg/L。同样,在25天时,吸附剂La-H-ATP、La-ATP对底泥磷的抑制也达到平衡,此时对于覆盖材料为La-H-ATP时,上覆水体中磷酸盐的浓度为0.091 mg/L,对于La-ATP,磷酸盐浓度为0.042 mg/L。底泥磷在温度越高的情况下,释放速率越快。在10℃、25℃和35℃条件下,La-ATP和La-H-ATP对底泥磷的释放均有一定的抑制效果。且La-ATP对底泥磷的释放抑制效果优于La-H-ATP。通过本论文研究,镧改性凹凸棒土材料在富营养化水体处理领域具有应用可行性,并且,在制备镧改性凹凸棒土吸附剂时,工业生产中无需酸洗这一工艺过程。
【关键词】：凹凸棒土 镧改性 吸附 磷酸盐
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52
【目录】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 富营养化现象与水体中的磷的关系13-15
• 1.1.1 水体富营养化概述13
• 1.1.2 国内湖泊水库水体富营养化现状13-14
• 1.1.3 水体富营养化与磷的关系14-15
• 1.2 富营养化水体控磷技术15-17
• 1.2.1 上覆水体除磷技术15-16
• 1.2.2 底泥控磷技术16-17
• 1.3 凹凸棒土简介17-19
• 1.3.1 凹凸棒土材料概述17-18
• 1.3.2 凹土在环境污染治理方面的吸附研究18-19
• 1.4 镧改性物质在除磷方面的应用19-21
• 1.5 研究内容和意义21-23
• 第二章 镧改性凹土吸附剂的制备及表征23-33
• 2.1 引言23
• 2.2 研究内容23-24
• 2.3 实验部分24-26
• 2.3.1 实验材料、药品和仪器设备24-25
• 2.3.2 镧改性凹土实验25
• 2.3.3 表征方法25-26
• 2.4 结果分析与讨论26-32
• 2.4.1 微观形貌26-27
• 2.4.2 比表面积27-28
• 2.4.3 粉末X射线衍射28-29
• 2.4.4 傅立叶红外光谱29-30
• 2.4.5 X射线荧光光谱30-31
• 2.4.6 电感耦合等离子体光谱31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 镧改性凹土对上覆水体磷吸附性能研究33-53
• 3.1 引言33
• 3.2 研究内容33-34
• 3.3 实验部分34-39
• 3.3.1 实验材料、药品和仪器设备34-35
• 3.3.2 磷酸根的检测方法35-36
• 3.3.3 吸附实验36-39
• 3.4 结果与讨论39-51
• 3.4.1 ATP、La-ATP和La-H-ATP对磷吸附性能比较39-40
• 3.4.2 La-ATP和La-H-ATP用量对吸附效果的影响40-41
• 3.4.3 La-ATP和La-H-ATP的吸附等温线研究41-43
• 3.4.4 温度对吸附效果的影响43-44
• 3.4.5 La-ATP和La-H-ATP吸附动力学研究44-47
• 3.4.6 溶液pH值对吸附效果的影响47-48
• 3.4.7 水中共存离子对吸附效果的影响48-49
• 3.4.8 不同pH条件下吸附剂脱附效果研究49-50
• 3.4.9 相关吸附机理讨论50-51
• 3.5 本章小节51-53
• 第四章 镧改性凹土对底泥磷的抑制研究53-64
• 4.1 引言53
• 4.2 研究内容53
• 4.3 实验部分53-56
• 4.3.1 实验材料、药品和仪器设备53-54
• 4.3.2 底泥总磷以及上覆水体中磷的检测54
• 4.3.3 吸附实验54-56
• 4.4 结果与讨论56-62
• 4.4.1 底泥中总磷含量56-57
• 4.4.2 La-ATP和La-H-ATP用量对底泥磷释放到上覆水体影响57-58
• 4.4.3 时间对底泥磷释放抑制效果影响58-59
• 4.4.4 温度对底泥磷释放抑制效果影响59-62
• 4.5 本章小节62-64
• 第五章 研究结论与展望64-67
• 5.1 研究结论64-65
• 5.2 展望65-67
• 参考文献67-76
• 攻读硕士学位期间所取的成果76-77
• 致谢77-78

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本文编号：997534