几种吸附材料对磷吸附性能的对比研究

CONTRASTIVE STUDY ON PHOSPHORUS ADSORPTION OF SEVERAL ADSORBENTS
Xin Jie1，2 Pei Yuansheng2 Wang Ying2 Chen Xiaochun1 （ 1. College of Chemical Engineering，Beijing Univeisity of Chemical Technology，Beijing 100029，China； 2. State Key Laboratory of Water Environment Simulation，School of Environment，Beijing Normal University，Beijing 100875，China）
心 15 min 取上清液，测定溶液中的磷含量。
2）
其他离子的影响实验。分别配制
PO
3 4
－
浓度
均为 0. 01 mol / L 的 KH2 PO4 溶 液、KH2 PO4 + Na2 SO4
溶液、KH2 PO4 + NaNO3 溶 液、KH2 PO4 + NaHCO3 溶
液、KH2 PO4 + NaCl 溶 液 和 混 合 溶 液 （ 由 KH2 PO4 、
NaCl、Na2 SO4 、NaNO3
和
NaHCO3
组成）
，其 中
SO
2 4
－
、
N
O
－ 3
、HC
O
－ 3
、Cl － 浓度均为
0.
01
mol / L。
分别取 0. 2 g 吸附材料放 入 离 心 管 中，加 入 上 述
溶液各 25 mL，（ 30 ± 1 ） ℃ 下 振 荡 48 h 后 离 心 15
H
C
O
－ 3
and SO4 2 －
ions in water
can significantly restrain phosphorus adsorption．
Keywords： phosphorus； adsorption； modified； influencing factors
0 引言 近年来，由于白 洋 淀 流 域 各 种 点 源、非 点 源 污 染
min ，取 上 清 液 分 析 溶 液 中 磷 浓 度 。
2 结果与讨论
2. 1 吸附材料对磷的吸附动力学
赤泥、粉煤灰、沸 石、硅 藻 土、铁 铝 泥 五 种 材 料 对
磷的吸附动力学实验结果如图 1 所示。可以看出，吸
by adsorbents and the modified adsorbents can be better described with Langmuir adsorption isotherm． The order of the
phosphorus adsorption is as follows： modified red mud ＞ modified fly ash ＞ modified iron － aluminum ＞ iron － alumi液 在 （ 30 ± 1 ） ℃ 条 件 下 恒 温 振 荡
48 h 后取样过滤，测定溶液中的磷含量。
分别准 确 称 取 改 性 后 的 铁 铝 泥、粉 煤 灰、赤 泥
0. 2 g 于 50 mL 离心管中，分别加入质量 浓 度 为 100，
300，600，750，1 500，3 000 mg / L 的 磷 溶 液 在 （ 30 ±
针对白洋淀府河水体磷污染问题研究了天然沸石硅藻土粉煤灰赤泥铁铝泥五种材料对磷的吸附性能并利用盐酸改性铁铝泥铁盐改性粉煤灰和赤泥对比研究了改性后材料对磷的吸附能力探讨了水体ph值和其他离子对其吸附性能的影响
环境工程
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2011 年 8 月第 29 卷第 4 期
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几种吸附材料对磷吸附性能的对比研究
辛 杰1，2 裴元生2 王 颖2 陈晓春1
ash and red mud modified with ferric chloride） were compared in this paper． The effects of pH and other ions in water on
phosphorus adsorption by the modified adsorbents were investigated． The results indicate that phosphorus adsorption by natural
（ 1. 北京化工大学化学工程学院，北京 100029； 2. 北京师范大学环境学院水环境模拟国家重点实验室，北京 100875）
摘要： 针对白洋淀府河水体磷污染问题，研究了天然沸石、硅 藻 土、粉 煤 灰、赤 泥、铁 铝 泥 五 种 材 料 对 磷 的 吸 附 性 能 ，并 利用盐酸改性铁铝泥、铁盐改性粉煤灰和赤泥，对比 研 究 了 改 性 后 材 料 对 磷 的 吸 附 能 力 ，探 讨 了 水 体 pH 值 和 其 他 离 子对其吸附性能的影响。结果表明： 沸石、硅藻土、粉煤灰、赤 泥 对 磷 的 吸 附 符 合 一 级 动 力 学 模 型 ，而 铁 铝 泥 和 改 性 后 材料吸附磷符合准二级动力学模型； 改性前后 各 材 料 吸 附 磷 等 温 线 均 符 合 Langmuir 方 程。 各 材 料 吸 附 磷 能 力 为： 改 性赤泥 ＞ 改性粉煤灰 ＞ 改 性 铁 铝 泥 ＞ 铁 铝 泥 ＞ 赤 泥 和 粉 煤 灰 ＞ 沸 石 ＞ 硅 藻 土，改 性 材 料 吸 附 磷 能 力 明 显 提 高 。溶 液 pH 值显著影响改性材料吸附磷效果，pH 为 7 时吸附量最大； 硫 酸 根 和 碳 酸 氢 根 离 子 抑 制 磷 的 吸 附 ，氯 离 子 和 硝 酸 根 离子没有明显影响。 关键词： 磷； 吸附； 改性； 影响因素
粉煤灰由北京首钢炼铁厂提供； 赤泥由中国科学 院生态环境研究 中 心 提 供； 天 然 沸 石、硅 藻 土 由 国 药 集团提供； 铁铝泥由北京市第九水厂提供。 1. 2 实验方法 1. 2. 1 吸附材料的改性
1） 铁铝泥的盐酸改性。 取 5 g 铁铝泥加入至 1 mol / L 的 HCl 溶液 中，室 温下振荡 12 h，离心 弃 去 上 清 液，水 洗 至 无 氯 离 子 检 出，样品于 105 ℃ 下干燥 3 h，干燥后的固体磨碎后过 100 目筛备用。 2） 粉煤灰和赤泥的铁盐改性。 分别取 5 g 粉煤灰和赤泥于 1 L 的烧杯中，加入 500 mL 水，调节 pH 值至 13，在 不 断 搅 拌 条 件 下 缓 慢 加入 0. 5 mol / L 的 FeCl3 溶液直到溶液的 pH 值降到 5 为止，溶液沉淀老化 24 h，离心后的沉淀物在105 ℃ 下干燥。干燥后，固体磨碎，过 100 目筛备用。 1. 2. 2 吸附材料对磷的吸附动力学 准确称取 0. 2 g 赤泥、粉煤灰、沸石、硅藻土于 50 mL 离心管中，加入 25 mL 质量浓度为 100 mg / L 的磷 溶液，在（ 30 ± 1 ） ℃ 下，恒 温 振 荡。 取 样 时 间 设 定 为 2，4，6，8，20，24，36，48 h。取 样 过 滤 后 测 定 溶 液 中 的 磷含量。 由于铁铝泥和 改 性 铁 铝 泥、粉 煤 灰、赤 泥 的 吸 附 量较大，因此加入 100 mL 质量浓度为 100 mg / L 的磷 溶 液 进 行 吸 附 试 验 ，其 他 实 验 条 件 同 上 。 1. 2. 3 吸附材料对磷的等温吸附实验 准 确 称 取 0. 2 g 赤 泥 、粉 煤 灰 、沸 石 、硅 藻 土 于 50 mL 离 心 管 中 ，分 别 加 入 25 mL 质 量 浓 度 为 30 ， 60 ，100 ，120 ，150 ，300 mg / L 的 磷 溶 液 在 （ 30 ± 1 ） ℃ 条 件 下 恒 温 振 荡 48 h 后 取 样 过 滤 ，测 定 溶 液 中 的 磷 含量。 准确称取 0. 2 g 铁铝泥于 50 mL 离心管中，分别 加入 25 mL 质量浓 度 为 100，150，300，450，600，750，
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改 性 处 理 ，以 提 高 其 对 磷 的 吸 附 能 力 。 本 文 针 对 白 洋 淀 府 河 磷 污 染 严 重 问 题 ，对 比 研 究
了天然 沸 石、硅 藻 土、粉 煤 灰、赤 泥、铁 铝 泥 五 种 常 用 吸附材料的 吸 附 除 磷 能 力，并 对 铁 铝 泥 进 行 盐 酸 改 性，对赤泥和粉煤 灰 进 行 铁 盐 改 性，探 讨 了 改 性 后 材 料的吸附除磷能力，以及 pH 值 等 环 境 因 素 对 其 吸 附 性能的影响。 1 实验材料和方法 1. 1 实验材料
red mud and fly ash ＞ natural zeolite ＞ diatomaceous earth． The adsorption capacity of the modified adsorbents is obviously
improved．
The optimal pH for phosphorus adsorption by the modified adsorbents is at pH of 7．
Abstract： The adsorption capacity of natural zeolite， fly ash， red mud， diatomaceous earth， iron-aluminum mud was
researched and the phosphorus adsorption of the modified adsorbents （ iron-aluminum mud modified with hydrochloric acid，fly
* 国家 水 体 污 染 控 制 与 治 理 科 技 重 大 专 项 （ 水 专 项 ） （ 2008ZX07209007） ； 国家重点基础研究计划（ 973） 项目（ 2010CB429003） 。
吸附法等［2］。 从 运 行 情 况 看，沉 淀 法 和 结 晶 法 存 在 运行成本高，后处理困难，水质难达标等缺点； 生物法 则 反 应 速 度 慢 ，处 理 高 浓 度 含 磷 废 水 难 以 实 现 水 质 达 标［2］。而吸附除磷法 以 其 设 备 简 单、原 料 来 源 广 泛、 低运行成本等优 势，被 认 为 是 高 效 的、普 遍 适 用 的 水 体除磷 方 法［3］。 吸 附 法 的 关 键 在 于 吸 附 剂 的 选 择， 目前常用的吸附 剂 包 括 沸 石、硅 藻 土 等 多 孔 性 材 料， 以 及 粉 煤 灰 、铁 铝 泥 等 工 业 废 弃 物 。 但 这 些 材 料 对 磷 的 吸 附 能 力 有 限 ，因 此 有 必 要 对 吸 附 材 料 进 行 适 当 的
1） ℃ 条件下恒温 振 荡 48 h 后 取 样 过 滤，测 定 溶 液 中
的磷含量。
1. 2. 4 环境因素的影响实验
1） pH 值的影响。取 25 mL 质量浓度为 100 mg /
L 的磷溶液，分 别 调 节 pH 值 至 1、3、5、7、9、11，投 加
0. 1 g 改性材料，在（ 30 ± 1） ℃ 条件下，振荡 48 h 后离
zeolite，fly ash，red mud and diatomaceous earth can be simulated by the first kinetic models，while phosphorus adsorption by
iron － aluminum mud and the modified adsorbents can be simulated by second order kinetic models． The phosphorus adsorption
物 大 量 排 放 ，白 洋 淀 受 到 了 严 重 污 染 。 府 河 是 白 洋 淀 最大的入淀河流，经调查，该河流中总磷 （ TP） 的 平 均 质量浓度为 2. 28 mg / L。因此，如 何 有 效 控 制 并 采 取 有效措施去除水体中的磷显得日益重要。目前国内 外 常 用 的 除 磷 方 法 主 要 有 沉 淀 法 、结 晶 法 、生 物 除 磷 、