含镧互穿网络水凝胶对水中磷的吸附研究

含镧互穿网络水凝胶对水中磷的吸附研究

针对水体富营养化现象严重和磷资源逐渐枯竭的现状,常规的生物加化学沉淀处理仅能降低水体中的磷浓度,并未实现对磷资源的回收利用,甚至可能产生

二次污染等问题。吸附法因其去除效率高、操作简单方便、成本低廉、易于分离和重复利用等优点而广泛应用于环境治理领域。

传统吸附剂存在吸附容量不高、吸附速率慢、重复利用性差等问题,因此,

新型高效除磷吸附剂的开发是磷回收的一个重要措施。具有三维网络结构的水凝胶亲水性极强,可通过功能设计引入目标基团,增加吸附位点,成为良好的除磷吸附剂。

本文将对磷有较强亲和力的稀土金属镧引入常用的聚乙烯醇-海藻酸钠水凝胶中,合成了一种对磷吸附容量高、易于分离、重复利用性好的新型聚乙烯醇-

海藻酸钠-氢氧化镧（PVA-SA-LH）水凝胶微球吸附剂;考察了其对磷酸盐的静态吸附性能和吸附机理;研究了其在不同条件下对磷的动态穿透曲线及对实际废水的处理效果。得到的主要结论如下:（1）表征结果表明实验采用一步互穿法和包埋法成功合成了PVA-SA-LH水凝胶,其对对磷有一定的选择性吸附能力,凝胶上

的镧与磷之间形成了较强的化学键。

（2）比较PVA-SA-LH和PVA-SA水凝胶对磷酸盐的吸附性能,发现二者均在pH=3时具有最大吸附量,分别为31.65 mg/g、13.40 mg/g,随着吸附剂投加量的增加,PVA-SA-LH水凝胶的吸附容量逐渐下降,PVA-SA水凝胶的吸附容量先保持

平稳后略微下降,共存阴离子对PVA-SA凝胶产生的竞争吸附强于PVA-SA-LH凝胶。PVA-SA-LH水凝胶经五次吸附解吸循环之后,吸附容量仍保持在初始吸附容量的80%以上,表明PVA-SA-LH水凝胶对磷的吸附量高、选择性强和重复利用性能优良。

（3）PVA-SA-LH水凝胶吸附动力学符合伪二级动力学模型,吸附以化学吸附为主,PVA-SA水凝胶的吸附在低浓度时符合伪一级动力学,以物理吸附为主,在25mg/L时符合伪二级学,以化学吸附为主;颗粒内扩散模型的结果表明两种水凝胶的吸附速率主要受磷酸根在凝胶内部扩散这一过程的限制,增加孔隙度有利于提高吸附量;两种凝胶的吸附等温线都符合Langmuir模型,理论最大吸附量分别为45.17mg/L、16.04 mg/L,氢氧化镧的加入并未改变凝胶除磷的单层均相吸附过程;PVA-SA-LH水凝胶吸附磷在酸性条件下,以静电引力和离子交换为主要的吸附机理,路易斯酸碱作用为辅;在碱性条件下,La-O^-与

HPO₄^2-之间产生静电斥力,不利于离子交换的进行,以路易斯酸碱作用为主。（4）动态吸附柱实验结果表明PVA-SA-LH水凝胶对磷的动态吸附容量q_e随着填充质量、进水磷浓度的增加而增加,随进水流速的增加而减小;三种模型中,Thomas模型对模拟废水穿透曲线模拟得最吻合。

（5）PVA-SA-LH水凝胶对低浓度实际生活污水的处理效果运行6小时后仍能达到国家一级A标,穿透曲线参数和Thomas模型模拟结果表明实际废水中的有机物和各种离子等对凝胶吸附过程的影响较小,凝胶对磷的选择性吸附能力强。