改性硅藻土的制备及其除磷性能研究

论文摘要

磷是自然水体中生物和化学过程的重要营养素之一，过量的磷酸盐会引起水体富营养化。硅藻土作为一种新型吸附材料，具有比表面积大、化学稳定性好、价格低廉的优点，适用于污水吸附处理工艺。通过对硅藻土进行改性，提高其对水环境中磷酸盐的吸附性能，对富营养化防治具有借鉴意义。本研究以FeCl3作为改性剂，在碱性溶液中对硅藻土原土进行改性，应用正交试验优化了改性硅藻土的制备工艺。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射分析（XRD）、红外光谱分析（FTIR）以及N2吸附/脱附实验等测试技术表征了改性硅藻土的组织形态和结构，研究了改性硅藻土对水溶液中磷酸盐的吸附性能，探讨了溶液pH值、温度、接触时间、磷酸盐初始浓度、共存离子等因素对其吸附性能的影响，分析了其吸附磷酸盐的热力学和动力学，评价了其再生利用性能。改性硅藻土的最佳制备条件为：将硅藻土原土置于2mol/L的NaOH和相对浓度为20%的FeCl3的溶液中反应3小时。XRD和FTIR测试表明FeOOH成功引入到硅藻土中，SEM和N2吸附/脱附实验表明硅藻土的比表面积有了显著增加。实验研究表明，改性硅藻土对磷酸根离子具有优良的吸附性能。在研究的pH范围内，磷酸盐吸附容量随溶液pH值的增大而下降；较高的磷酸盐初始浓度有利于吸附过程；共存阴离子对吸附过程影响较小；等温吸附过程较好地符合Langmuir等温吸附模型，动力吸附过程符合准二级动力学方程；吸附过程的热力学参数ΔG0<0、ΔH0<0、ΔS0>0，表明该吸附反应为自发的放热反应；吸附/脱附实验表明改性硅藻土具有良好的再生利用性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 磷与水体富营养化
• 1.1.1 水体中的磷
• 1.1.2 富营养化及危害
• 1.2 污水除磷技术
• 1.2.1 化学法除磷
• 1.2.2 生物法除磷
• 1.2.3 吸附法除磷
• 1.3 硅藻土及其应用现状
• 1.3.1 硅藻土概述
• 1.3.2 硅藻土应用现状
• 1.4 本课题的研究目的和内容
• 1.4.1 研究目的和意义
• 1.4.2 研究的主要内容
• 第2章 改性硅藻土的制备
• 2.1 实验材料与设备
• 2.2 硅藻土吸附机理与改性
• 2.2.1 硅藻土吸附机理
• 2.2.2 硅藻土改性方法
• 2.3 改性硅藻土制备工艺优化
• 2.3.1 正交实验表设计
• 2.3.2 实验过程
• 2.3.3 因子水平分析
• 2.3.4 实验结果
• 2.4 本章小结
• 第3章 改性硅藻土的表征
• 3.1 改性硅藻土的红外光谱分析
• 3.1.1 红外光谱分析测试
• 3.1.2 测试结果分析
• 3.2 改性硅藻土的 X 射线衍射分析
• 3.2.1 X 射线衍射分析测试
• 3.2.2 测试结果分析
• 3.3 改性硅藻土的扫描电镜分析
• 3.3.1 扫描电镜分析测试
• 3.3.2 测试结果分析
• 3.4 改性硅藻土的比表面积分析
• 3.4.1 比表面积分析测试
• 3.4.2 测试结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 改性硅藻土对磷酸盐的吸附性能研究
• 4.1 实验材料与仪器
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 零电荷点测定
• 4.2.2 改性硅藻土对磷酸盐吸附
• 4.3 改性硅藻土对磷酸盐吸附结果分析
• 4.3.1 pH 值对吸附性能的影响及动力学研究
• 4.3.2 温度对吸附性能的影响及动力学研究
• 4.3.3 磷酸盐初始浓度对吸附性能的影响及动力学研究
• 4.3.4 吸附热力学研究
• 4.3.5 共存离子对吸附性能的影响
• 4.3.6 改性硅藻土的再生利用性能评价
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介