基于介孔硅和甘蔗渣材料的磷酸根吸附剂制备及其吸附研究

论文摘要

磷是在自然水体中的生物和化学过程的重要营养素之一。过量的磷酸盐已被公认为富营养化和蓝藻地表水的主要因素,特别是在缓慢的河流和湖泊。磷酸盐通常是从洗涤剂,颜料配制,水处理,电子工业,矿产加工和过度量的化肥排放到水系统。富营养化造成的高磷导致微观生物过度生长和累积,导致受纳水体水质的恶化而产生的问题。现在,已有各种技术应用于除磷,包括物理和生物方法。例如,使用石灰,明矾和铁盐进行化学沉淀或强化生物反应和结晶,电渗析,反渗透,离子交换和吸附等物理方法在除磷中使用。在这些方法,吸附已成为较为有效和经济除磷的方法。此外,此方法可用于收集和回收磷,可保护磷酸盐资源的枯竭。本研究使用两种不同的方法制备了镧掺杂进MCM41介孔材料得到改性材料,以及用化学修饰得到改性甘蔗渣材料。对改性材料用元素分析,Zeta电位分析,表面积测定和扫描电镜进行了表征。对改性材料在水溶液对除磷的吸附动力学和磷吸附平衡进行了研究。通过对磷酸根吸附实验,考察了氧化镧掺杂量,吸附剂加入量,吸附时间,磷酸根初始溶液浓度,磷酸根初始溶液pH,以及共存离子等因素对磷酸根吸附效果的影响。结果表明：（1）基于XRD,N2吸附／脱附表征来看,镧掺杂的MCM-41材料能够保持六方介孔结构；（2）镧掺杂的改性材料对磷酸盐的吸附实验中,磷吸附能力随着镧掺杂量的增加而增大。水热法和溶胶凝胶法得到的镧掺杂改性材料吸附平衡后的饱和吸附量分别约为19.77、21.1mg/g。当吸附剂投加量为0.400g时,50mg/L磷酸根去除率大于99%。但是干扰离子会降低了磷的吸附能力；（3）水热法和溶胶凝胶法得到的镧掺杂改性材料分别在pH=2-3和pH=4-8时对磷酸根吸附可以达到最大吸附；（4）改性后的甘蔗渣的吸附能力可以用来去除水溶液中磷酸盐。在正常pH、50mg/L磷溶液下,0.100g改型甘蔗渣吸附剂的吸附容量为21.3mg/g时。用脱附研究表明吸附剂在0.05M氢氧化钠溶液反应30分钟内进行回收；（5）三种改性材料对磷酸盐的吸附实验中,根据动力学模型研究,伪二阶方程是描述吸附过程最合适的模型,拟和值与实验数据最相符合。Langmuir吸附等温模型比Freundlich模型更适合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 磷和水体富营养化
• 1.1.1 水体富营养化
• 1.1.2 磷酸根的来源和危害
• 1.2 废水除磷的技术的现状
• 1.2.1 化学沉淀法
• 1.2.2 生物法
• 1.2.3 结晶法
• 1.2.4 吸附法
• 1.3 吸附剂的分类
• 1.3.1 天然材料及废渣
• 1.3.2 活性氧化铝
• 1.3.3 人工合成吸附剂
• 1.4 人工合成吸附剂的介绍
• 1.4.1 有序介孔材料
• 1.4.2 农业废弃物整理
• 1.5 吸附等温线和吸附动力学介绍
• 1.5.1 吸附等温线
• 1.5.2 吸附动力学模型
• 1.6 本课题的目的和意义
• 1.6.1 研究内容的对象
• 1.6.2 研究方法和技术路线
• 1.6.3 预期的研究成果和创新点
• 2 纳米氧化镧混合介孔材料的制备
• 2.1 材料和方法
• 2.1.1 制备方法
• 2.1.2 实验方法
• 2.2 化学结构表征
• 2.3 结果和讨论
• 2.3.1 吸附剂的表征
• 2.3.2 不同纳米氧化镧掺杂量对磷酸根吸附效果的影响
• 2.3.3 初始磷酸盐浓度和振荡时间影响
• 2.3.4 吸附动力学
• 2.3.5 吸附剂投加量的影响
• 2.3.6 初始pH值的对磷吸附影响
• 2.3.7 共存离子对磷酸根吸附的影响
• 2.3.8 吸附剂解析
• 2.4 结论
• 3 镧掺杂介孔材料的制备
• 3.1 材料和方法
• 3.1.1 试剂
• 3.1.2 LaxM41合成
• 3.1.3 表征
• 3.1.4 磷吸附
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 X射线衍射
• 2吸附/脱附等温线'>3.2.2 N₂吸附/脱附等温线
• 3.2.3 不同Si/La摩尔比对磷酸盐吸附的影响
• 25M41投加量对磷酸盐吸附的影响'>3.2.4 La₂₅M41投加量对磷酸盐吸附的影响
• 3.2.5 初始pH值对吸附能力的影响
• 3.2.6 初始磷酸盐浓度和接触时间对吸附能力的影响
• 3.2.7 扰阴离子对吸附能力的影响
• 3.2.8 吸附动力学研究
• 3.2.9 吸附等温线模型
• 3.3 结论
• 4 改性甘蔗渣材料的制备和吸附
• 4.1 材料和方法
• 4.2 表征
• 4.2.1 表面形貌研究
• 4.2.2 比表面积
• 4.2.3 zeta电位
• 4.2.4 吸附剂的交换能力
• 4.2.5 吸附平衡研究
• 4.2.6 吸附动力学研究
• 4.2.7 初始pH值的影响
• 4.2.8 吸附剂使用量的影响
• 4.2.9 吸附动力学和吸附等温线模型
• 4.2.10 解吸研究
• 4.3 结果和讨论
• 4.3.1 吸附剂的表征
• 4.3.2 初始磷酸盐浓度和振荡时间影响
• 4.3.3 吸附剂投加量的影响
• 4.3.4 初始pH值的对磷吸附的影响
• 4.3.5 吸附动力学研究
• 4.3.6 吸附平衡研究
• 4.3.7 解吸研究
• 4.4 结论
• 5 结论及建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果