磷在磁鐵礦-針鐵礦混合相上吸附行為及其機(jī)理研究.pdf

1、采用廢棄熱力貼(一種貼式取暖物)資源化制備除磷吸附劑,系統(tǒng)地表征了該吸附劑的主要物理化學(xué)性質(zhì),繪制了其吸附等溫線,就其吸附過程的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上,對吸附除磷效果隨pH的變化規(guī)律、不同磷濃度下zeta電位隨pH的變化規(guī)律、不同pH下吸附除磷效果隨離子強(qiáng)度的變化規(guī)律等進(jìn)行了研究,以期進(jìn)一步明晰吸附的機(jī)理。最后采用實(shí)際含磷廢水驗(yàn)證了其處理實(shí)際廢水的能力。具體結(jié)論如下:
　　(1)主要物化性質(zhì):化學(xué)元素分析表明,廢棄熱

2、力貼資源化制備的吸附劑,主要化學(xué)成分為鐵元素,含少量的Si,Al,Mg等元素;比表面積測試及粒徑分析結(jié)果表明,所制備吸附劑的比表面積為98.3m2/g,平均粒徑為510nm;經(jīng)XRD和FTIR圖譜綜合鑒定該吸附劑的主要物相為磁鐵礦-針鐵礦混合相(Magnetite-GoethiteMix,下文以MGM簡稱),同時(shí)FTIR圖譜解析發(fā)現(xiàn),該吸附劑具有表面羥基化的特征;表面zeta電位分析發(fā)現(xiàn),該吸附劑為可變電荷表面,pH較小時(shí)(小于5.7)

3、,吸附劑顆粒表面帶正電荷;pH較大時(shí)(大于5.7),吸附劑表面的電荷漸變?yōu)樨?fù)電荷。
　　(2)吸附行為研究結(jié)果表明:當(dāng)初始溶液pH為2時(shí),隨著溫度從15℃提高至40℃,磷的最大吸附量qm由10.53mg/g增大至13.35mg/g;磷在MGM上的吸附等溫線符合Langmuir方程,其吸附歷時(shí)曲線遵循準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)模型,初始吸附速率h隨著反應(yīng)溫度的上升從6.74增至8.22mg/(g·h),說明提高溫度能加快磷在MGM上的吸附;磷在M

4、GM表面吸附的熱力學(xué)參數(shù)表明,該吸附過程是自發(fā)、吸熱的,并且溶液中的磷傾向于優(yōu)先選擇在MGM表面吸附。
　　(3)吸附機(jī)理研究發(fā)現(xiàn):磷在MGM上吸附量隨溶液pH值增大而減少,在溶液初始pH值介于2～7時(shí),反應(yīng)后pH都有不同程度增長,說明MGM在吸附過程中具有羥基釋放特征;當(dāng)初始pH值7～10時(shí),反應(yīng)后pH呈現(xiàn)出下降趨勢,這是pH值升高阻礙了外層絡(luò)合物向內(nèi)層絡(luò)合物快速轉(zhuǎn)化,從而羥基釋放減少,以至于不能中和MGM表面金屬水解所釋放的H

5、+,所以反應(yīng)后溶液pH下降。MGM的pHIEP(等電點(diǎn))為5.7,當(dāng)MGM吸附磷后,其pHIEP向左發(fā)生了明顯的偏移,pHIEP向左偏移說明磷在MGM的Stern緊密層發(fā)生了陰離子專性吸附,即生成了內(nèi)層絡(luò)合物;在含磷體系中,MGM的pH-zeta曲線變化趨勢表現(xiàn)出先急速下降,后緩慢探底的變化趨勢,這是由磷在MGM表面吸附行為的轉(zhuǎn)變所致;在pH=2,6時(shí),離子強(qiáng)度變化對磷的去除率影響不大,然而在pH=10時(shí),磷的去除率隨離子強(qiáng)度增大呈上升

6、趨勢,這也說明了隨著pH值增大,磷的去除率受離子強(qiáng)度影響增強(qiáng);Fe3+與SCN-顯色實(shí)驗(yàn)表明,MGM表面直接沉淀的生成;磷在MGM上的吸附受溶液pH值主導(dǎo),pH值較低時(shí),內(nèi)層絡(luò)合,靜電吸引,表面直接沉淀等驅(qū)動(dòng)磷在MGM上的吸附;pH值較高時(shí),靜電吸引漸變?yōu)殪o電排斥,內(nèi)層絡(luò)合有減弱趨勢,不利于磷的吸附,而內(nèi)層絡(luò)合共吸附,表面間接沉淀促進(jìn)了磷的吸附,但兩者作用的綜合結(jié)果表現(xiàn)為除磷效果下降。
　　(4)實(shí)際廢水吸附實(shí)驗(yàn)表明:當(dāng)實(shí)際廢水溶