凹凸棒石基脱硫剂的制备及其性能评价

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新型凹凸棒石复合材料制备及其吸附性能

林业工程学报，２０２３，８（５）：１６７－１７３ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０２３０３０２８收稿日期：２０２３－０３－２９㊀㊀㊀㊀修回日期：２０２３－０６－１１基金项目：国家自然科学基金（４２０７７３２３）；江苏省研究生科研与实践创新计划项目（ＳＪＣＸ２３＿０３３８）㊂作者简介：詹炎培，男，研究方向为环境岩土与地下工程㊂通信作者：杨平，男，教授㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｙａｎｇｐｉｎｇ＠ｎｊｆｕ．ｅｄｕ．ｃｎ新型凹凸棒石复合材料制备及其吸附性能詹炎培，杨平∗（南京林业大学土木工程学院，南京２１００３７）摘㊀要：有效去除污水中含氮含磷物质并合规排放成为水处理技术领域有待解决的关键课题㊂以凹凸棒石㊁沸石㊁硅藻土及氧化镧为原料制备球状固体复合材料，并对复合材料表面结构及元素含量进行表征，重点研究了复合材料在含氮含磷模拟废水中达到最佳吸附效果的工艺条件㊂结果表明：新型复合材料的氧化镧最优添加量为１％，选取６００ħ的煅烧温度㊂随材料投加量的减少及ｐＨ的不断增大，镧改性后的复合材料对氮㊁磷的去除率整体呈下降趋势㊂随初始质量浓度由２．０ｍｇ／Ｌ增加至１０．０ｍｇ／Ｌ，氮㊁磷的去除率变化均呈先增后降趋势，而随环境温度的升高，氮㊁磷去除率均先降低后升高，复合材料吸附氮磷污染物的最优工艺条件为环境温度２５ħ，ｐＨ取４．０，氮㊁磷溶液初始质量浓度取５ｍｇ／Ｌ，投入复合材料与溶液质量比１ʒ２０㊂此外，吸附动力学拟合结果表明，复合材料对氮㊁磷的吸附动力学特性与一级动力学模型吻合㊂关键词：凹凸棒石；复合材料；氧化镧；氮磷；吸附性能；水处理中图分类号：Ｘ５２３㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀㊀文章编号：２０９６－１３５９（２０２３）０５－０１６７－０７ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｎｅｗａｔｔａｐｕｌｇｉｔｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓＺＨＡＮＹａｎｐｅｉ，ＹＡＮＧＰｉｎｇ∗（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｗａｓｔｅｗａｔｅｒｆｒｏｍｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｉｓｄｉｒｅｃｔｌｙｄｉｓｃｈａｒｇｅｄｉｎｔｏｌａｋｅｓａｎｄｒｉｖｅｒｓ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｃａｕｓｅｔｈｅｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｃｏｎｔｅｎｔｏｆｗａｔｅｒｔｏｅｘｃｅｅｄｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｔａｎｄａｒｄｖａｌｕｅ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃ⁃ｔｉｖｅｒｅｍｏｖａｌｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｓｕｂｓｔａｎｃｅｓｉｎｓｅｗａｇｅｃｏｍｐｌｉａｎｃｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｉｓａｃｒｕｃｉａｌｉｓｓｕｅｔｏｂｅｓｏｌｖｅｄｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｍｏｄｅｒｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ，ｇｏｏｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔａｎｄｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒａｎｇｅ．Ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｕｓｅｓａｔｔａｐｕｌｇｉｔｅ，ｚｅｏｌｉｔｅ，ｄｉａｔｏｍｉｔｅ，ａｎｄｌａｎｔｈａｎｕｍｏｘｉｄｅａｓｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓｔｏｐｒｅｐａｒｅｓｐｈｅｒｉｃａｌｓｏｌｉｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈｓｔａｔｉｃａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｒｅｑｕｉｒｅｄｆｏｒｔｈｅｏｐｔｉｍａｌａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅ⁃ｒｉａｌｓｉｎｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｗａｓｔｅｗａｔｅｒａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅＳＥＭｉｍａｇｉｎｇａｎｄＥＤＳａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｅｌｅｍｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｓｐｈｅｒｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｒｅｃａｌｃｉｎｅｄａｔ６００ħｗｉｔｈ１％ｌａｎｔｈａｎｕｍｏｘｉｄｅｃｏｎｔｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｉｎｇｌｅｆａｃｔｏｒｓｔａｔｉｃａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈｏｗｔｈａｔａｌｌｆａｃｔｏｒｓｈａｖｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｇｒｅｅｓｏｆｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎａｍｏｕｎｔｓｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ．ＷｉｔｈｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆｍａｔｅｒｉａｌｄｏｓａｇｅａｎｄｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｐＨ，ｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｏｆｌａｎｔｈａｎｕｍｍｏｄｉｆｉｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｓｈｏｗａｄｏｗｎｗａｒｄｔｒｅｎｄ．Ａｓｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｍａｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｒｏｍ２ｍｇ／Ｌｔｏ１０ｍｇ／Ｌ，ｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｓｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｉｎｃｒｅａｓｅｆｉｒｓｔｌｙａｎｄｔｈｅｎｄｅｃｒｅａｓｅ，ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｓｏｆｎｉ⁃ｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｄｅｃｒｅａｓｅｆｉｒｓｔｌｙａｎｄｔｈｅｎｉｎｃｒｅａｓｅ．Ｗｈｅｎｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｍａｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓ⁃ｐｈｏｒｕｓｉｎｓｏｌｕｔｉｏｎｉｓ５ｍｇ／Ｌ，ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｂｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ２５ħａｎｄｐＨｏｆ４ｉｎｔｈｅｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｗｈｅｎｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｔｏｓｏｌｕｔｉｏｎｗａｓ１ʒ２０，ｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｓｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｂｙｆｉｌｔｅｒｍａｔｅｒｉａｌｒｅａｃｈｅｄ６３．６％ａｎｄ９２．６％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓｆｉｔｔｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｋｉ⁃ｎｅｔｉｃｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓａｒｅｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｆｉｒｓｔ⁃ｏｒｄｅｒｋｉｎｅｔｉｃｍｏｄｅｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｔｔａｐｕｌｇｉｔｅ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌ；ｌａｎｔｈａｎｕｍｏｘｉｄｅ；ｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ林业工程学报第８卷㊀㊀随着城市污水排水量不断增加，出现了未达环保标准的城市污水直接排放造成水体富营养化及黑臭水体等环境问题［１］，水体富营养化主要是由水体中氮㊁磷污染物激增导致［２］㊂目前，常用氮磷污染物处理方法有吸附法㊁化学沉淀法㊁离子交换法和膜过滤法等［３］，而吸附法由于其使用简便㊁处理效果佳㊁应用范围广的特点，被广泛应用于现代水处理技术领域㊂近年来，针对吸附方式进行污水处理已有不少研究㊂凹凸棒石在吸附工艺［４］中可再生，且能耗低，对污水处理非常有效；而沸石的特殊结构决定了它具有很强的离子交换吸附㊁扩散和催化性能，也是一种优良的吸附剂［５－６］；硅藻土结构成多孔状，它可以吸收对应自身质量的杂质，因此具有很强的吸附能力［７］㊂目前，多数采用吸附法的水处理工艺为直接投加粉末状吸附剂达到脱氮㊁除磷效果，忽略了粉末状材料在进行水处理修复过程中，由于所用矿物材料自身粒度细，投入水中易分散，存在二次污染的风险㊂有研究表明，将多种矿物原材料以水为黏合剂，通过高温煅烧形成复合材料，投入污水中不易分散㊂王宇喆等［８］以沸石为原料，将天然沸石碱洗后与Ｃａ（ＯＨ）２㊁膨润土进行混合，通过控制煅烧温度和煅烧速率制备出具有脱氮㊁除磷能力的高强度复合球状材料㊂而稀土元素镧作为一种非常活跃的金属元素，在经过镧改性后的复合材料对磷酸根离子具有极强的吸附性能，尤其是当溶液中磷酸根离子浓度较高时，利用镧化合物吸附磷酸根离子的基本机理是通过氢氧化镧形成聚合物来实现磷酸根离子的去除，同时，镧改性材料也因为具有很好的生物相适性且不会破坏原有生态系统而备受多数研究者的青睐［９－１３］㊂新型复合材料在污水处理领域进行大力推广对环境保护大有裨益㊂目前，吸附法已广泛应用于水处理中，但是由于处理成本高昂且不满足协同实现双碳目标的路线，故仍需开发新型材料提高吸附性能进行同步脱氮除磷㊂本研究采用稀土矿物和多种无机原料复配，改进了生物固化材料对磷吸附效果不明显的问题，同时，球状复合材料粒径均超过４．１ｍｍ，可设置滤网进行回收避免二次污染㊂１㊀材料与方法１．１㊀实验材料实验制备复合材料主要原材料有凹凸棒石㊁硅藻土㊁沸石㊁氧化镧㊂凹凸棒石取自安徽滁州，是一种具有独特层状㊁链状结构的硅酸盐矿物，对污水处理非常有效；沸石取自安徽芜湖，是一种优良的吸附剂㊁离子交换剂和催化剂；硅藻土取自吉林长春，化学纯，主要由二氧化硅组成，含有少量的氧化铝㊁氧化铁㊁氧化钙㊁氧化镁等金属氧化物，成多孔状，可以吸收对应自身质量的杂质；氧化镧购自南京大学试剂平台，镧元素作为一种非常活跃的金属元素，共同价是＋３价，镧改性吸附材料由于其对磷酸根具有很强的亲和性，尤其是在高浓度的磷酸盐溶液中吸附性能显著㊂１．２㊀复合材料制备方法根据实验需要，以氧化镧添加量为研究变量，同时按４０ʒ５５ʒ５的质量比取凹凸棒石㊁沸石㊁硅藻土３种无机原材料㊂使用伏虎式混料机以此３种原材料与一定量氧化镧充分混合，再通过造粒机以离子水作为黏合剂使其结合成球状固体，粒径均大于４．１ｍｍ，后取复合材料使用马弗炉设置温度分组５００，６００，７００ħ，分３组不同温度均煅烧４ｈ，以保证复合材料彻底煅烧完成，对孔道吸附不产生影响，硬度达到一定标准，且具有耐水性，不易分散㊂实验研究发现该复合材料在７００ħ及以上的高温下结构会发生破坏，对氮的吸附效果有较大影响，同时考虑到经济节能的因素，选用６００ħ温度进行煅烧最合适㊂１．３㊀实验方法１．３．１㊀静态吸附实验取２００ｇ氯化铵和磷酸二氢钾混合溶液（初始质量浓度２．０，５．０，１０．０ｍｇ／Ｌ），控制吸附材料与溶液投入质量比例（１ʒ１０，１ʒ２０，１４０，１ʒ１００），置于恒温振荡器中，调整环境温度（１０，２５，３０ħ）及溶液ｐＨ（２．０８．０），单因素控制变量进行实验，在充分振荡２４ｈ后，分别采用钼酸铵分光光度法及纳氏试剂分光光度法测定溶液中残留氮和磷的含量㊂通过公式Ｒ＝（Ｃ０－Ｃ）／Ｃ０ˑ１００％（Ｒ为静态吸附实验后的氮㊁磷去除率，Ｃ０和Ｃ分别为吸附前㊁后溶液氮㊁磷浓度）处理数据，计算复合材料对氮㊁磷的去除率㊂１．３．２㊀吸附动力学实验取２００ｇ含氮含磷模拟废水（氨氮５ｍｇ／Ｌ㊁磷５ｍｇ／Ｌ），调节溶液ｐＨ为４．０，吸附材料投加质量比１ʒ２０，分别在第１０，２０，６０，１２０，２４０，４８０，７２０，１４４０ｍｉｎ取样，测定氮磷浓度㊂１．３．３㊀材料强度测试分别以５００，６００，７００ħ３个不同煅烧条件为组别进行复合材料的强度检测，每组进行２０次强度检测实验，最后生成强度的平均值，单位为ｋＮ／ｍ２㊂８６１㊀第５期詹炎培，等：新型凹凸棒石复合材料制备及其吸附性能１．３．４㊀ＳＥＭ表征分析通过高倍扫描电子显微镜观察复合材料的表面形态和结构特征，同时利用Ｘ射线光电子能谱仪分析复合材料的化学成分，输出元素分布图㊂在表征分析前，材料样品先进行抽真空和干燥操作，取单个材料样品固定于炭导电胶带上，以免材料堆积影响观察结果，表征分析以６００ħ温度煅烧得到的复合材料为样品，得到复合材料扫描电镜下微观表面结构与ＥＤＳ能谱分析结果㊂２㊀结果与分析２．１㊀复合材料强度检测实验结果以５００，６００，７００ħ３个不同煅烧温度为变量分组进行强度检测，复合材料强度检测结果如表１所示㊂由表１可知，复合材料强度随烘烤温度的升高而增大，５００ħ时煅烧的材料强度仅为４３．１４９ｋＮ／ｍ２，且复合材料投入水中出现了少量结构分散现象，而该复合材料在６００和７００ħ时投入模拟废水进行吸附的过程中均未出现结构分散现象，且两个温度条件下材料强度相差较小㊂经过６００ħ煅烧时，复合材料强度平均值达到６８．８７６ｋＮ／ｍ２，符合自支撑强度要求，结合经济性因素及低碳要求考虑，选择在６００ħ条件下进行复合材料煅烧较为合适㊂表１㊀复合材料强度Ｔａｂｌｅ１㊀Ｓｔｒｅｎｇｔｈｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ温度／ħ平均强度／（ｋＮ㊃ｍ－２）均方差５００４３．１４９１１．５８１６００６８．８７６１３．５６４７００７２．８０３１５．７６６２．２㊀复合材料表征分析高倍电子显微镜扫描结果（图１）表明：复合材料的表面形成了许多珊瑚状结构，大大增加了其比表面积，有利于吸附反应的进行㊂从微观结构不难看出，高温煅烧下，作为黏结剂的水消失，硅藻土与沸石结合后的形态发生了变化，留下此类多孔结构㊂对６００ħ煅烧下复合材料的样品进行ＥＤＳ能谱元素分析（图２），结果表明：检测到除镧元素外，新型凹凸棒石复合材料明确含有一定比例铝㊁钙㊁铁㊁镁等元素，而铝㊁钙㊁铁㊁镁等金属离子能与废水中的磷酸根离子结合，发生化学反应形成沉淀，此外，矿质元素的溶解能提高硅藻土基复合颗粒吸附材料的吸附性能㊂因此，与原各组成矿物材料相比，镧改性的复合材料具有更多的有益于脱氮除磷的活性基团和结构组分，提升了材料的吸附性能㊂图１㊀复合材料微观表面结构Ｆｉｇ．１㊀ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｕｎｄｅｒＳＥＭ图２㊀６００ħ煅烧样品ＥＤＳ能谱分析Ｆｉｇ．２㊀ＥＤＳａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓａｍｐｌｅｓｃａｌｃｉｎｅｄａｔ６００ħ２．３㊀静态吸附实验结果分析２．３．１㊀氧化镧配比对吸附效果的影响针对新型凹凸棒石复合材料氧化镧占比的制备工艺进行研究，以氧化镧添加量分别占总质量比例为０．５％，１．０％和２．０％设置实验分组，２４ｈ后测定此３组氧化镧配比下复合材料对氮㊁磷的去除率㊂图３㊀氧化镧比例对氮磷去除效果影响Ｆｉｇ．３㊀Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｌａｎｔｈａｎｕｍｏｘｉｄｅｒａｔｉｏｏｎｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｍｏｖａｌ测试结果如图３所示，结果表明：３组不同氧化镧配比下制得的复合材料对磷的去除率均稳定９６１林业工程学报第８卷在９０％以上；而复合材料对氮的吸附效果，在氧化镧占比为０．５％时复合材料对氮的去除率为２０．６０％，说明氧化镧含量较低（０．５％）时，复合材料对氮吸附效果较差㊂氧化镧含量达到１．０％时，氮去除率达到６３．６％，当进一步增加氧化镧占比至２．０％，复合材料对氮吸附效果没有明显提高㊂考虑经济性因素，将镧改性复合材料吸附方式进行实际应用，氧化镧的最佳配比取１．０％㊂２．３．２㊀复合材料投加量对吸附效果的影响选用１０．０ｍｇ／Ｌ氯化铵和磷酸二氢钾混合溶液２００ｇ，设定环境温度为２５ħ，分别以１ʒ１０，１ʒ２０，１ʒ４０和１ʒ１００４个不同的投料质量比分组实验，测得氮㊁磷的去除率如图４所示㊂图４㊀复合材料投加比例对氮磷去除率的影响Ｆｉｇ．４㊀ＥｆｆｅｃｔｓｏｆａｄｄｉｎｇｒａｔｉｏｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｏｎＮａｎｄＰｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅ由图４可知，随复合材料投加量不断减小（１ʒ１０１ʒ１００），氮的去除率始终呈双曲线型的加速递减规律，当投料比减小至１ʒ１００时，复合材料对氮的去除率降低至３０．７０％㊂这是由于吸附材料占比减小，吸附材料可提供吸附能力和表面吸附面积也随之减少，进而对溶液中氮的去除率也降低㊂而复合材料与溶液质量比保持在１ʒ１０１ʒ４０时，去除率始终高于９５％㊂可见镧改性的复合材料显著提高了其对磷酸盐的吸附性能，然而，当复合材料投入比降至１ʒ１００时，磷酸盐的去除率骤降至３４％，不难看出，随着可供吸附的表面积减少，去除率不可避免发生降低㊂镧改性复合材料对磷的去除率随投加量增加经历了先迅速上升后趋于平缓的变化过程，对氨氮的去除率则是呈持续缓慢上升的变化规律（图４）㊂这是由于新型凹凸棒石复合材料对铵根离子和磷酸根离子存在不同的吸附机理，复合材料表面的正电基团Ｌａ⁃ＯＨ＋２优先与溶液中带负电荷的磷酸根离子产生静电吸引，并且吸附材料表面的羟基基团和废水中磷酸根离子之间发生配位体交换完成吸附㊂综上所述，复合材料与溶液质量比为１ʒ４０可作为最佳工艺条件㊂２．３．３㊀溶液初始浓度对吸附效果的影响在２５ħ室温环境，废水ｐＨ为４．０㊁投料比为１ʒ４０的变量条件下，调整氯化铵和磷酸二氢钾混合溶液初始质量浓度统一分为２．０，５．０，１０．０ｍｇ／Ｌ３组，实验研究含氮含磷溶液浓度对复合材料吸附氮㊁磷效果的影响，实验结果如图５所示㊂由图５可知，随混合溶液中氯化铵和磷酸二氢钾的初始质量浓度从２．０ｍｇ／Ｌ增加到１０．０ｍｇ／Ｌ，去除率先升高后下降，但整体去除效果变化不大㊂对比铵根离子的吸附效果，磷酸根离子的吸附效果更好，去除率保持在８５％以上㊂不难看出，控制其他变量的前提下，在２．０ｍｇ／Ｌ的混合溶液中，吸附材料能快速吸附溶质，并在短时间内达到吸附饱和，吸附反应基本达到平衡㊂而随着溶液中铵根离子质量浓度增加（２．０５．０ｍｇ／Ｌ），氮吸附效果变化不明显，当铵根离子质量浓度继续增加至１０．０ｍｇ／Ｌ，其去除率呈下降趋势㊂进一步探究吸附机理可以看出，新型凹凸棒石复合材料的吸附位置为固定，当铵根离子浓度较低时，吸附位点是未饱和的，然而随着铵根离子浓度增加，吸附位点迅速被占据，直至达到饱和后吸附效果降低［１４］㊂因此，在静态吸附试验过程中，选择氮溶液初始质量浓度为５．０ｍｇ／Ｌ较为合适㊂图５㊀溶液初始浓度对去除率的影响效果Ｆｉｇ．５㊀Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｉｎｉｔｉａｌｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｏｌｕｔｉｏｎｏｎｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅ２．３．４㊀温度对吸附效果的影响以初始质量浓度１０．０ｍｇ／Ｌ氯化铵和磷酸二氢钾混合溶液２００ｇ，控制环境温度为２５ħ，ｐＨ为４．０，吸附材料投加质量比为１ʒ２０，探究不同环境温度对材料吸附效果的影响，实验结果如图６所示㊂由图６可知：随着环境温度变化（１０３５ħ），氮㊁磷去除率变化规律均呈先降低后升高趋势，总体变化幅度在１０％范围内；２５ħ时，氮㊁磷去除率均处于最小值，分别为７０．０％和８８．５％；随着温度０７１㊀第５期詹炎培，等：新型凹凸棒石复合材料制备及其吸附性能升至３５ħ，氮㊁磷去除率分别增长至７９．５０％和９５．５０％㊂根据热力学原理，不难得出在较高温度的溶液中，磷酸根离子的运动更加剧烈，从而提高吸附反应速率，而总体吸附效果并未显著变化［１５］㊂综合考虑经济性和后期投入实践应用的方便性，最佳工艺条件的环境温度为２５ħ㊂图６㊀温度对氮磷去除效果影响Ｆｉｇ．６㊀Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｓ２．３．５㊀ｐＨ对吸附效果的影响控制变量为环境温度２５ħ㊁初始质量浓度５．０ｍｇ／Ｌ㊁投料比１ʒ４０条件下，材料ｐＨ对氮和磷的去除效果影响如图７所示㊂图７㊀ｐＨ对氮磷吸附效果的影响Ｆｉｇ．７㊀ＥｆｆｅｃｔｓｏｆｐＨｏｎｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｅｓ由图７可知，当废水溶液ｐＨ不断增大（ｐＨ为２８），新型凹凸棒石复合材料对氮㊁磷的去除率均呈不断降低的变化规律㊂当ｐＨ为６８时，磷酸根离子的吸附反应已达到平衡，去除率约为５５％㊂可见，溶液碱性增加，复合材料对溶液中铵根离子的吸附效果持续降低㊂在含氮含磷的溶液逐渐呈弱碱性时，氮去除率仅为１３．５０％㊂进一步探究静态吸附机理分析可得，氮㊁磷污染物在模拟废水中主要以铵根和磷酸根形式存在㊂随着碱性不断增强，复合材料中的金属离子会与污水中铵根离子竞争吸附，与氢氧根离子结合生成沉淀，将导致铵根离子无法被有效去除，从而使复合材料对氮的吸附效果降低㊂结合ＥＤＳ能谱结果进一步分析吸附机理可见，溶液在酸性条件下，复合材料释放出更多金属离子㊂ＥＤＳ能谱结果表明，复合材料中含有一定量的钙㊁铁㊁镁等元素，其与磷酸盐结合形成沉淀，起到除磷效果㊂而在碱性环境下，虽然金属离子的释放受到抑制，铁离子结合改性后的吸附底物很容易在复合材料表面形成氢氧化铁絮凝物，一定程度上减小了复合材料的比表面积，不利于铵根离子和磷酸根离子的吸附及沉淀㊂考虑到工艺方便性，最佳吸附环境的ｐＨ宜取４．０㊂２．４㊀复合材料吸附动力学特征常用来描述吸附反应过程的动力学模型如下㊂准一级反应动力学方程：ｌｎ（ｑｅ－ｑｔ）＝ｌｎｑｅ－ｋ１ｔ（１）准二级反应动力学方程：ｔｑｔ＝ｔｑｅ＋１ｋ２ｑ２ｅ（２）式中：ｑｔ为某时刻复合材料对磷的吸附量，ｍｇ／Ｌ；ｑｅ为平衡吸附量的实验值，ｍｇ／Ｌ；ｋ１为准一级吸附速率常数，ｍｉｎ；ｔ为吸附时间，ｍｉｎ；ｋ２为准二级吸附速率常数，ｇ／（ｍｇ㊃ｍｉｎ）㊂根据表２复合材料对氮㊁磷等温吸附实验结果，并分别以式（１）（２）两个动力学方程进行线性拟合，得到在复合材料吸附氮㊁磷过程中，通过准一级动力学方程式拟合得出的平衡吸附量（ｑｅ）与实验值非常接近，说明准一级动力学方程模型与复合材料吸附废水中氮㊁磷的动力学过程吻合㊂表２㊀复合材料对氮㊁磷等温吸附量统计Ｔａｂｌｅ２㊀Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｉｓｏｔｈｅｒｍａｌａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ时间／ｍｉｎ氮吸附量／（ｍｇ㊃Ｌ－１）磷吸附量／（ｍｇ㊃Ｌ－１）０００１００．２５３６６０．６４６８８２００．２８７８６０．７０３１３６０１．６６７３１１．３９６８８１２０１．８９２４７２．００６２５２４０２．４７６７４３．３７５００４８０３．４７４２７４．７８６１３７２０３．６９６５８４．８０６１３１４４０４．０１８６４４．８７６１３３６００４．２５９６３４．８０６１３㊀㊀准一级动力学方程式拟合结果（图８㊁９）计算得到的氮㊁磷吸附动力学方程如下：ｙＮ＝３．９７４６６ˑ１－ｅ－０．００５０６ｘ()（３）ｙＰ＝４．９１７１６ˑ１－ｅ－０．００５１３ｘ()（４）１７１林业工程学报第８卷图８㊀复合材料对氮吸附的一级动力学拟合曲线Ｆｉｇ．８㊀Ｆｉｔｔｉｎｇｃｕｒｖｅｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ图９㊀复合材料对磷吸附的一级动力学拟合曲线Ｆｉｇ．９㊀Ｆｉｔｔｉｎｇｃｕｒｖｅｏｆｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ通过对吸附反应动力学机理进一步探究可以得出，若材料的一个位点被吸附物占据，该位点就不再吸附其他吸附物，导致吸附速率逐渐降低，直至达到吸附平衡㊂由氮㊁磷准一级吸附动力学拟合曲线（图８㊁９）可见，在静态吸附试验过程中，前２ｈ曲线上升趋势陡峭，经过８ｈ后吸附曲线向吸附平衡趋势过渡，说明氮磷的吸附逐渐达到稳定状态㊂吸附过程可分为３个阶段：第１阶段，铵根离子通过液膜转移到吸附剂的外表面，吸附时间越长，扩散力越大，膜扩散过程越快；第２阶段，扩散过程由内扩散和膜扩散组成，吸附速率逐渐降低；第３阶段，复合材料吸附性能达到饱和，吸附量不再变化，直至达到吸附平衡［１６］㊂３㊀结㊀论１）新型凹凸棒石复合材料经６００ħ高温煅烧后达到自支撑目的㊂随着氧化镧含量增加，材料对铵根离子的吸附能力不断提升，氧化镧占比１％时，氮㊁磷去除效果趋于稳定，去除率分别达到６３．６０％和９２．６％㊂结合经济因素考虑，氧化镧最优质量占比为１％㊂２）随着材料投加量的减少及ｐＨ增大，复合材料对氮㊁磷的去除率整体均呈下降趋势㊂最优工艺条件为复合材料与溶液质量比１ʒ２０，ｐＨ取４．０㊂溶液初始氮㊁磷浓度与环境温度的变化对氮㊁磷去除率影响不大，初始质量浓度由２．０ｍｇ／Ｌ增加至１０．０ｍｇ／Ｌ，氮㊁磷的去除率变化均呈先增后降趋势，相反，随环境温度的升高，氮磷去除率均先降低后升高㊂在环境温度２５ħ，模拟废水中铵根离子与磷酸根离子质量浓度为５ｍｇ／Ｌ时达到最佳吸附效果㊂３）稀土元素镧存在于新型复合材料的孔状结构中，因此对磷的去除效果有促进作用㊂复合材料具有质地疏松㊁多凹凸不平以及蜂窝状的表面结构，这种微孔状的结构增加了其比表面积及吸附性能；吸附动力学拟合结果表明，复合材料对氮㊁磷的吸附动力学曲线符合一级动力学模型㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］纪桂霞，任振兴，杨继柏．城市河道水体富营养化污染特征分析［Ｊ］．上海理工大学学报，２０２２，４４（５）：５０２－５０７．ＤＯＩ：１０．１３２５５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｕｓｓｔ．２０２２０２２３００３．ＪＩＧＸ，ＲＥＮＺＸ，ＹＡＮＧＪＢ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｅｕｔｒｏｐｈｉｃａｔｉｏｎｐｏｌｌｕｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｂｏｄｉｅｓｉｎｕｒｂａｎｒｉｖｅｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｈａｎｇｈａｉｆｏｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２２，４４（５）：５０２－５０７．［２］林岚，张彦隆，曹文志，等．同步脱氮除磷技术研究进展［Ｊ］．工业水处理，２０１９，３９（１０）：７－１３．ＤＯＩ：１０．１１８９４／ｉｗｔ．２０１８－０９０１．ＬＩＮＬ，ＺＨＡＮＧＹＬ，ＣＡＯＷＺ，ｅｔａｌ．ＲｅｖｉｅｗｏｎｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｍｏｖａＩｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ［Ｊ］．ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＷａｔｅｒＴｒｅａｔｍｅｎｔ，２０１９，３９（１０）：７－１３．［３］李冬，李悦，李雨朦，等．好氧颗粒污泥同步硝化内源反硝化脱氮除磷［Ｊ］．中国环境科学，２０２２，４２（３）：１１１３－１１１９．ＤＯＩ：１０．１９６７４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ１０００－６９２３．２０２２．００６７．ＬＩＤ，ＬＩＹ，ＬＩＹＭ，ｅｔａｌ．Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｅｎｉｔｒｉ⁃ｆｉｃａｔｉｏｎｏｆａｅｒｏｂｉｃｇｒａｎｕｌａｒｓｌｕｄｇｅｆｏｒｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅ⁃ｍｏｖａｌ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅ，２０２２，４２（３）：１１１３－１１１９．［４］ＹＡＮＧＳＸ，ＷＡＮＧＱ，ＺＨＡＯＨＺ，ｅｔａｌ．Ｂｏｔｔｏｍ⁃ｕｐｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆＭＯＦ⁃ｄｅｒｉｖｅｄｍａｇｎｅｔｉｃＦｅ⁃Ｃｅｂｉｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｗｉｔｈｕｌｔｒａｈｉｇｈｐｈｏｓ⁃ｐｈａｔｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｏｕｒｎａｌ，２０２２，４４８：１３７６２７．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｅｊ．２０２２．１３７６２７．［５］刘泉利．氧化镧改性硅酸盐矿物的表征及其除磷机理研究［Ｄ］．北京：北京科技大学，２０１７．ＬＩＵＱＬ．Ｓｔｕｄｙｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｌａｎｔｈａｎｕｍ（Ⅲ）ｏｘｉｄｅｍｏｄｉｆｉｅｄｓｉｌｉｃａｔｅｍｉｎｅｒａｌｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｍｏｖａｌ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，２０１７．［６］谢爱娟，罗士平，孔泳，等．凹凸棒石基复合材料处理印染废水的研究［Ｊ］．环境科学与技术，２０１３，３６（８）：１２７－１３０，１８６．ＸＩＥＡＪ，ＬＵＯＳＰ，ＫＯＮＧＹ，ｅｔａｌ．Ｔｒｅａｔｉｎｇｄｙｅｉｎｇｗａｓｔｅｗａｔｅｒｂｙａｔｔａｐｕｌｇｉｔｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏ⁃２７１㊀第５期詹炎培，等：新型凹凸棒石复合材料制备及其吸附性能ｇｙ，２０１３，３６（８）：１２７－１３０，１８６．［７］郜玉楠，周历涛，王静，等．壳聚糖包覆沸石分子筛处理微污染水中的氨氮［Ｊ］．环境工程，２０１８，３６（１２）：１０８－１１２，１７６．ＤＯＩ：１０．１３２０５／ｊ．ｈｊｇｃ．２０１８１２０２２．ＧＡＯＹＮ，ＺＨＯＵＬＴ，ＷＡＮＧＪ，ｅｔａｌ．Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎｉｎｍｉｃｒｏ⁃ｐｏｌｌｕｔｅｄｗａｔｅｒｂｙｃｈｉｔｏｓａｎｃｏａｔｅｄｚｅｏｌｉｔｅｍｏｌｅ⁃ｃｕｌａｒｓｉｅｖｅ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１８，３６（１２）：１０８－１１２，１７６．［８］王宇喆，尹心安，张洪刚．沸石复合颗粒材料的制备方法优选及其脱氮除磷性能研究［Ｊ］．北京师范大学学报（自然科学版），２０２０，５６（５）：７４０－７４９．ＤＯＩ：１０．１２２０２／ｊ．０４７６－０３０１．２０２０１０２．ＷＡＮＧＹＺ，ＹＩＮＸＡ，ＺＨＡＮＧＨＧ．Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｎｉ⁃ｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｍｏｖａｌｃａｐａｃｉｔｙｏｆｚｅｏｌｉｔｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐａｒ⁃ｔｉｃｕｌａｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｅｉｊｉｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔ⁃ｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ），２０２０，５６（５）：７４０－７４９．［９］曹蕾，张龙，张效华，等．新型复合材料处理氮磷废水的性能研究［Ｊ］．环境科学学报，２０２０，４０（１１）：３９５０－３９５７．ＤＯＩ：１０．１３６７１／ｊ．ｈｊｋｘｘｂ．２０２０．０１７１．ＣＡＯＬ，ＺＨＡＮＧＬ，ＺＨＡＮＧＸＨ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｎｅｗｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｍｏｖａｌｉｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ［Ｊ］．ＡｃｔａＳｃｉｅｎｔｉａｅＣｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅ，２０２０，４０（１１）：３９５０－３９５７．［１０］张海柱，杨平，王璞，等．稀土元素在水体富营养化治理中的应用［Ｊ］．稀土，２０２３，４４（４）：１２５－１３９．ＤＯＩ：１０．１６５３３／Ｊ．ＣＮＫＩ．１５－１０９９／ＴＦ．２０２３００２７．ＺＨＡＮＧＨＺ，ＹＡＮＧＰ，ＷＡＮＧＰ，ｅｔａｌ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｒａｒｅｅａｒｔｈｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎｅｕｔｒｏｐｈｉｃａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＲａｒｅＥａｒｔｈｓ，２０２３，４４（４）：１２５－１３９．［１１］林娟，姚佳雯，魏笑，等．镧改性膨润土对磷吸附特性㊁机理与影响因素［Ｊ］．环境科学与技术，２０２１，４４（１）：７－１２．ＤＯＩ：１０．１９６７２／ｊ．ｃｎｋｉ．１００３－６５０４．２０２１．０１．００２．ＬＩＮＪ，ＹＡＯＪＷ，ＷＥＩＸ，ｅｔａｌ．Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｍｅｃｈａ⁃ｎｉｓｍａｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓｏｆｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｏｎｐｈｏｓｌｏｃｋ［Ｊ］．Ｅｎｖｉ⁃ｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２１，４４（１）：７－１２．［１２］ＨＵＡＮＧＨＭ，ＸＩＡＯＤＡ，ＰＡＮＧＲ，ｅｔａｌ．Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｒｅｍｏｖａｌｏｆｎｕｔｒｉｅｎｔｓｆｒｏｍｓｉｍｕｌａｔｅｄｓｗｉｎｅｗａｓｔｅｗａｔｅｒｂｙａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｍｏｄｉｆｉｅｄｚｅｏｌｉｔｅｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｓｔｒｕｖｉｔｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｏｕｒｎａｌ，２０１４，２５６：４３１－４３８．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｅｊ．２０１４．０７．０２３．［１３］ＧＡＮＸＹ，ＫＬＯＳＥＨ，ＲＥＩＮＥＣＫＥＤ．Ｓｔａｂｌｅｙｅａｒ⁃ｒｏｕｎｄｎｕｔｒｉｅｎｔｓｒｅｍｏｖａｌａｎｄｒｅｃｏｖｅｒｙｆｒｏｍｗａｓｔｅｗａｔｅｒｂｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ⁃ｓｃａｌｅａｌｇａｌＴｕｒｆＳｃｒｕｂｂｅｒ（ＡＴＳ）［Ｊ］．ＳｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈ⁃ｎｏｌｏｇｙ，２０２３，３０７：１２２６９３．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｓｅｐｐｕｒ．２０２２．１２２６９３．［１４］ＬＩＵＤ，ＨＵＡＮＧＺＢ，ＭＥＮＳＨ，ｅｔａｌ．Ｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｉｎａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎｓｂｙｈｕｍｉｃａｃｉｄｓｆｒｏｍｗｅａｔｈｅｒｅｄｃｏａｌ：ｉｓｏｔｈｅｒｍ，ｋｉｎｅｔｉｃｓａｎｄｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＷａｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ａＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｏｎＷａｔｅｒＰｏｌｌｕｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１９，７９（１１）：２１７５－２１８４．ＤＯＩ：１０．２１６６／ｗｓｔ．２０１９．２１８．［１５］ＪＩＧＤ，ＺＨＯＵＹ，ＴＯＮＧＪＪ．Ｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｃｅｒａｍｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｍａｄｅｆｒｏｍｃｏａｌａｓｈａｎｄｍｅｔａｌｌｉｃｉｒｏｎ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，２０１０，２７（１０）：８７１－８７８．ＤＯＩ：１０．１０８９／ｅｅｓ．２０１０．００８６．［１６］ＷＡＮＧＭＪ，ＨＵＳＫ，ＷＡＮＧＱＧ，ｅｔａｌ．ＥｎｈａｎｃｅｄｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｂｙｎｏｖｅｌｐａｎｄａｍａｎｕｒｅｂｉｏｃｈａｒｍｏｄｉｆｉｅｄｂｙＣＭＣｓｔａｂｉｌｉｚｅｄｎＺＶＺｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｎａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎ：ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｏ⁃ｔｅｎｔｉａｌ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｌｅａｎｅｒＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，２０２１，２９１：１２５２２１．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｊｃｌｅｐｒｏ．２０２０．１２５２２１．（责任编辑㊀田亚玲）３７１。

凹凸棒石基复合膜材料的制备及分离性能

凹凸棒石基复合膜材料的制备及分离性能引言：膜技术作为一种重要的分离技术，已经在许多领域得到广泛应用。

凹凸棒石是一种新型的多孔材料，具有高比表面积、丰富的表面活性位点和可调控的孔径分布等特点，被广泛认为是制备纳米级复合膜材料的理想基底。

本文旨在研究凹凸棒石基复合膜材料的制备方法，并评估其在分离过程中的性能表现。

1. 凹凸棒石基复合膜材料的制备方法1.1 凹凸棒石的制备凹凸棒石的制备可以通过溶胶-凝胶法、水热法、离子交换法等多种方法实现。

其中，溶胶-凝胶法是最常用的制备凹凸棒石的方法之一。

该方法主要包括溶胶的制备、凝胶化和焙烧等步骤。

通过调控溶胶的成分、pH值和温度等参数，可以实现对凹凸棒石的孔径、比表面积和孔隙结构的调控。

1.2 复合膜材料的构建凹凸棒石基复合膜材料的制备通常采用浸渍法、溶胶浸渍浇铸法、层析法等方法。

以浸渍法为例，首先将凹凸棒石基底浸泡在适当浓度的溶液中，使其充分吸附目标分离物，然后通过干燥、焙烧等步骤固定目标分离物在凹凸棒石基底上。

通过调节浸泡时间、浓度和pH值等参数，可以实现复合膜材料的厚度、孔径大小和分布的调控。

2. 凹凸棒石基复合膜材料的分离性能评估2.1 分离效果通过凹凸棒石基复合膜材料的制备方法，可以实现对不同分子大小、形状和性质的物质的有效分离。

例如，在水处理领域，凹凸棒石基复合膜材料可以实现对重金属离子、有机污染物和微生物等的高效去除。

在油水分离领域，凹凸棒石基复合膜材料能够实现油水的快速和高效分离。

此外，在气体分离、气体吸附和蛋白质分离等领域，凹凸棒石基复合膜材料也显示出良好的分离性能。

2.2 分离机制凹凸棒石基复合膜材料的优秀分离性能与其特殊的微观结构密切相关。

一方面，凹凸棒石基底具有丰富的孔隙结构和高比表面积，可以提供大量的吸附位点，增加目标分离物与基底之间的接触面积。

另一方面，通过引入不同功能化的复合层，可以实现对目标分离物的选择性吸附和分离。

例如，可以通过改变复合层的孔径大小、疏水性和亲疏水性等来实现对分子大小和性质的选择性吸附和分离。

凹凸棒石/g-C3N4/LaCoO3复合材料的制备及其光催化脱硫性能

第48卷第5期 2020年5月硅酸盐学报Vol. 48，No. 5 May ，2020JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI ：10.14062/j.issn.0454-5648.2020.05.20190673凹凸棒石/g-C 3N 4/LaCoO 3复合材料的制备及其光催化脱硫性能左士祥，吴红叶，刘文杰，李霞章，徐荣，姚超，吴凤芹，钟璟(常州大学石油化工学院，江苏省先进催化与绿色制造协同创新中心，江苏常州 213164)摘要：通过水热法在凹凸棒石(ATP)棒晶表面原位生长石墨相氮化碳(g-C 3N 4)膜层合成了ATP/g-C 3N 4复合材料，然后以ATP/g-C 3N 4为载体，在其表面均匀负载纳米钴酸镧(LaCoO 3)粒子，制备了Z-型异质结构的ATP/g-C 3N 4/LaCoO 3光催化材料。

利用X 射线粉末衍射、透射电镜、紫外‒可见吸收光谱、荧光发射光谱、N 2吸附-脱附和光电化学等技术对样品进行表征。

在可见光照射下，考察了LaCoO 3不同负载量下ATP/g-C 3N 4/LaCoO 3对模拟汽油中的苯并噻吩(DBT)的氧化脱除能力。

结果表明：与ATP/g-C 3N 4和LaCoO 3相比，ATP/g-C 3N 4/LaCoO 3大幅提高了可见光响应、吸收能力和光生电子-空穴对的分离效率。

当光照时间为150 min 时，50%-ATP/g-C 3N 4/LaCoO 3对模拟汽油中的DBT脱除率可达85.3%。

关键词：凹凸棒石；石墨相氮化碳；钴酸镧；光催化脱硫；异质结中图分类号：TB332 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2020)05–0753–08 网络出版时间：2020–03–06Preparation of Attapulgite/g-C 3N 4/LaCoO 3 Composites and Their Performance ofPhotocatalytic DesulfurizationZUO Shixiang , WU Hongye , LIU Wenjie , LI Xiazhang , XU Rong , YAO Chao , WU Fengqin , ZHONG Jing(Advanced Catalysis and Green Manufacturing Collaborative Innovation Center, School of Petrochemical Engineering,Changzhou University, Changzhou 213164, Jiangsu, China)Abstract: ATP/g-C 3N 4 (graphitic carbon nitride) consisting of g-C 3N 4 film in-situ growth on the surface of attapulgite (A TP) rod was prepared via a hydrothermal process. Then ATP/g-C 3N 4 was used as a carrier to uniformly load LaCoO 3 nano-particles to prepare Z -scheme ATP/g-C 3N 4/LaCoO 3 heterojunction photocatalysts. The samples obtained were characterized by X-ray diffraction, transmission electron microscopy, ultraviolet-visible, photoluminescence, Brunauer-Emmett-Teller, specific surface area analysis and photo electrochemical analysis. The oxidative removal ability of ATP/g-C 3N 4/LaCoO 3 at different loadings of LaCoO 3 to benzothiophene (DBT) in model gasoline was investigated under visible light. The results show that ATP/g-C 3N 4/LaCoO 3 composites dramatically enhance the visible light response, the absorption capacity and the separation of photogenerated electron-hole pairs, compared to A TP/g-C 3N 4 andLaCoO 3. After 150-min irradiation, the desulfurizing rate of 50%-ATP/g-C 3N 4/LaCoO 3 can achieve 85.3%.Keywords: attapulgite; graphitic carbon nitride; lanthanum cobalt; photocatalytic desulfurization; heterojunction燃油燃烧排放的硫氧化物(SO x )易引起酸雨和雾霾，已成为严重的环境污染问题，因此迫切需要脱除油品中的含硫有机化合物。

凹凸棒石基脱硫剂的制备及其性能评价

第61卷　第5期化　工　学　报 Vol 161　No 15　2010年5月 CIESC Journal May 2010研究论文凹凸棒石基脱硫剂的制备及其性能评价张智宏1,2,张少瑜3,刘雪东3,李凤生1(1南京理工大学国家特种超细粉体工程技术研究中心,江苏南京210094;2江苏工业学院化学化工学院,江苏常州213164;3江苏工业学院机械与能源工程学院,江苏常州213016)摘要:采用沉淀法在凹凸棒石表面分别负载了铁和锌元素,制得Fe/凹凸棒石脱硫剂和Zn/凹凸棒石脱硫剂。

用XRD 、TEM 和TPR 等方法表征制得的两种凹凸棒石基脱硫剂,研究凹凸棒石基脱硫剂在氨水、盐酸中的稳定性;通过检测脱硫过程中尾气中H 2S 浓度的变化并分析脱硫剂的硫容比较两种脱硫剂的脱硫性能。

分析了粒度、负载量和自体再生次数对铁脱硫剂的硫容的影响。

结果表明,活性组分在凹凸棒石表面负载均匀;铁脱硫剂的脱硫性能较好,其硫容是活性炭的120倍,是锌脱硫剂的7167倍;减小粒度和增加负载量都可以提高硫容,其自体有再生能力但再生仅能恢复脱硫剂的部分脱硫功能。

Fe/凹凸棒石脱硫剂在脱硫领域有较好的应用前景。

关键词:脱硫剂;α2Fe 2O 3;ZnO ;凹凸棒石;沉淀法中图分类号:TQ 02812 文献标识码:A 文章编号:0438-1157(2010)05-1319-06Preparation and characterization of desulf urizer loaded on attap ulgiteZHAN G Zhihong 1,2,ZHAN G Shaoyu 3,L IU Xuedong 3,L I Fengsheng 1(1N ational S pecial S u perf ine Pow der Engineering Research Cent re ,N anj ing Universit y of S cience and Technolog y ,N anj ing 210094,J iangsu ,China;2S chool of Chemist ry and Chemical Engineering ,J iangsu Pol y technic Universit y ,Changz hou 213164,J iangsu ,China ;3School of Mechanical and Energy Engineering ,J iangsu Pol y technic Universit y ,Changz hou 213016,J iangsu ,China )Abst ract :Fe/attap ulgite and Zn/attap ulgite desulf urizer were p repared by loading Fe and Zn element on attap ulgite by p recipitation 1The desulf urizers were characterized by XRD ,TEM and TPR 1The stability of desulf urizers in ammonia water and hydrochloric acid was st udied 1Additionally ,t he changes of concentration of H 2S in t he off 2gas were investigated in t he sweetening p rocess and t he desulf urization capacities of two desulf urizers were compared 1The influence of grain size ,load amount and self 2regeneration times on desulf urization capacity of Fe/attap ulgite was st udied 1The result s showed t hat active component s were loaded on t he surface of attap ulgite uniformly 1Fe/attap ulgite had good desulf urization capability and self 2reset capability ,and it s desulf urization capacity was 120times t hat of active carbon and 7167times t hat of Zn/attap ulgite 1Decrease of grain size and increase of load amount could increase desulf urization capacity but regeneration by it self could only recover part of desulf urization capacity 1Fe/attap ulgite desulf urizer has wide application as a good desulf urizer.Key words :desulf urizer ;α2Fe 2O 3;ZnO ;attap ulgite ;p recipitation 2009-10-14收到初稿,2009-12-01收到修改稿。

凹凸棒

甘肃临泽凹凸棒改性凹凸棒石协同等离子体净化硝酸尾气
硝酸生产尾气中含有的氮氧化物是大气污染源之一，研究采用等离子体协同稀土改性凹凸棒石粘土催化剂可有效净化脱除硝酸生产尾气中的NO 尾气中的NO ；同时该催化剂对氮氧化物还具有吸附功能，提高了反应物浓度和反应速率。
凹凸棒石是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物，其中Mg常被Al和Fe部分代替，具有特殊的纤维状晶体型态，内部存在多种孔道，比表面积较大(125～210m。／g)，具有优良的吸附和助催化性能，用稀土CeO。改性后的凹凸棒土具有良好的催化性能。通常状态下氧自由基存在如下变化：NO+O ·一 NO2，No2+O ·一NO+O2，该循环过程总的结果使大部分氧自由基相互结合生成氧气，不仅消耗氧自由基，降低了阻挡放电电能利用率，也影响了NO 的有效脱除[4]。在催化剂协同作用下，可使NO。进一步氧化为NO；，阻止该循环反应，提高NO 脱除效率，还可有效降低等离子体系统的能量消耗.
1吸附脱色性 2选择性吸附 3粘滞性 4灭菌、除臭、去毒、杀虫性 5脱色及水处理
谢谢
凹凸棒
在环境治理中的应用
改性凹凸棒粘土脱硫剂脱除SO 改性凹凸棒粘土脱硫剂脱除SO2
凹凸棒粘土具有特殊纤维状晶体形态结构的含水富 Mg的铝硅酸盐矿物，是所有的粘土中比表面积最大、脱除SO 性能最强的一类非金属粘土，有广泛的用途。
对凹凸棒土脱硫剂的研究结论
（1）凹凸棒粘土富AI、Mg、Fe，且其比表面积较）凹凸棒粘土富AI、Mg、Fe，且其比表面积较大。（2）改性凹凸棒粘土脱硫剂最佳制备条件：煅烧温度为300℃ ；煅烧时间为2.0 h；酸碱浸渍最佳pH 度为300℃ ；煅烧时间为2.0 h；酸碱浸渍最佳pH 为9~10. (3)改性凹凸棒粘土脱硫剂脱除SO 的性能比 (3)改性凹凸棒粘土脱硫剂脱除SO 工业Fe 工业Fe2O3脱硫剂强。（4）X射线衍射分析表明，改性凹凸棒粘土脱硫剂脱除SO 后，将SO 转变为SO：一，从而达到完脱除SO 后，将SO 转变为SO：一，从而达到完全脱除SO 全脱除SO 的目的。

凹凸棒石的催化燃烧性能研究

凹凸棒石的催化燃烧性能研究简介：凹凸棒石是一种具有独特结构和化学特性的催化材料。

其存在于许多天然矿石中，并且在工业应用中具有广泛的应用前景。

本文旨在研究凹凸棒石的催化燃烧性能，探索其在提高燃烧效率和减少环境污染方面的潜力。

一、凹凸棒石的物理和化学特性凹凸棒石是一种多孔材料，具有较大的比表面积和孔径分布。

其主要由氧化铝和硅酸盐组成，具有优异的热稳定性和酸碱性。

此外，凹凸棒石还具有丰富的催化活性中心，可以有效催化各种反应。

二、凹凸棒石在催化燃烧中的应用1. VOCs（挥发性有机化合物）的催化燃烧挥发性有机化合物是许多工业过程和废气中普遍存在的一类污染物。

研究发现，凹凸棒石作为催化剂可以有效降低VOCs的燃烧温度和活化能，提高燃烧效率，并减少有害气体的排放。

2. 柴油车尾气中颗粒物的催化燃烧柴油车尾气中的颗粒物是空气污染的重要来源之一。

凹凸棒石被广泛研究用于柴油车尾气的颗粒物捕集和催化燃烧。

实验结果表明，加入凹凸棒石作为催化剂可以有效降低颗粒物的起燃温度，提高其燃烧速率，并减少排放的有害物质。

三、凹凸棒石催化燃烧机理的研究研究凹凸棒石的催化燃烧机理对于优化其催化性能具有重要意义。

一种常见的假设是，凹凸棒石表面的氧化铝可以吸附氧气，并提供活性氧种子，促进燃烧反应的进行。

此外，凹凸棒石的多孔结构也可以提供更多的反应表面，加速化学反应的发生。

四、凹凸棒石的改性和优化为了进一步提高凹凸棒石的催化燃烧性能，研究人员对其进行了不断的改性和优化。

一种常见的方法是改变凹凸棒石的孔径、比表面积和酸碱性等物理化学性质，以适应不同反应的需求。

此外，将凹凸棒石与其他催化剂复合也是提高其催化活性的有效策略。

五、凹凸棒石在工业应用中的前景凹凸棒石作为一种具有广泛应用潜力的催化剂，在环境保护、能源利用和化工等领域具有重要的应用前景。

通过进一步的研究和开发，我们可以期待更多凹凸棒石催化剂的工业化应用，为减少污染物排放和提高能源利用效率做出贡献。

凹凸棒石作为催化剂的催化性能研究

凹凸棒石作为催化剂的催化性能研究凹凸棒石是一种常见的催化剂材料，其具有较高的比表面积和孔隙结构，因此具有很高的催化活性和选择性。

本文将从凹凸棒石的基本特性、催化剂制备方法、催化性能研究以及应用前景等方面进行探讨。

首先，凹凸棒石是一种层状硅酸盐矿物，具有多孔结构和丰富的化学组成。

它的主要成分是二氧化硅和氧化镁，结合其他的金属离子，比如铝、铁等。

凹凸棒石的表面具有大量的羟基、缺陷等活性位点，这些活性位点可以提供催化反应的活性中心。

其次，制备凹凸棒石催化剂的方法多种多样。

常见的制备方法包括溶胶-凝胶法、离子交换法、水热法等。

其中，溶胶-凝胶法是一种简便有效的方法，首先通过溶胶处理将溶胶中的成分均匀混合，然后经过凝胶化和干燥，最终得到凹凸棒石催化剂。

此外，离子交换法是一种通过将溶液中的金属离子通过与凹凸棒石表面上的离子进行交换来制备催化剂的方法，水热法则是将金属离子和硅酸在高温高压下反应，生成凹凸棒石材料。

催化性能是评价催化剂的重要指标之一。

凹凸棒石作为催化剂的催化性能主要受到其比表面积、孔隙结构以及活性位点的影响。

凹凸棒石具有较大的比表面积，这意味着其相对较多的活性位点，利于催化反应的进行。

同时，凹凸棒石的孔隙结构也具有一定的重要性，合适的孔隙结构可以提高催化剂对底物的传质速率，从而提高催化反应的速率。

凹凸棒石的催化性能研究主要集中在其在有机合成、化学反应和环境保护等领域的应用。

例如，凹凸棒石可以作为二氧化碳捕集和转化的催化剂，在减少大气中二氧化碳浓度方面具有潜在的应用前景。

此外，凹凸棒石还可以用于有机反应催化，如催化裂化、酯化等反应，有效地提高反应的产率和选择性。

除了催化性能研究，凹凸棒石作为催化剂还存在一些挑战和改进的可能。

其中之一是通过改变催化剂结构和组成来提高其稳定性和寿命。

另外，制备高性能的凹凸棒石催化剂还需要进一步的工艺和技术改进，以实现高产率和低成本的制备。

总结起来，凹凸棒石作为催化剂具有较高的催化活性和选择性，这归功于其高比表面积、多孔结构和丰富的活性位点。