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        鋁酸三鈣對氨氮的高效去除及機制研究

        2021-01-28 03:15:38潘雪梅歐陽思達相明雪
        關(guān)鍵詞:廢料氨氮礦物

        潘雪梅,王 鵬,歐陽思達,相明雪,章 萍,b*

        (南昌大學(xué)a.資源環(huán)境與化工學(xué)院,江西 南昌 330031;b.鄱陽湖環(huán)境與資源利用教育部重點實驗室,江西 南昌 330047)

        氨氮是廣泛存在于養(yǎng)豬廠廢液中的污染物,氨含量過高的廢水可以導(dǎo)致河流、河口、湖泊等水體富營養(yǎng)化[1-3]。此外,氨氮還會干擾厭氧消化等廢水生物處理工序,造成污水處理裝置運行紊亂[4-6]。因此,去除廢水中的氨氮對于保障環(huán)境水質(zhì)安全是至關(guān)重要的。目前,沸石、水凝膠、天然礦物和部分工業(yè)廢料等材料應(yīng)用于氨氮廢水治理領(lǐng)域已受到了大量研究[7-8]。其中,天然礦物和工業(yè)廢料由于應(yīng)用和操作簡單、成本低廉且易于改性,受到了廣泛關(guān)注[9-10]。然而,現(xiàn)今天然礦物和工業(yè)廢料制備的吸附劑表現(xiàn)出的去除能力并不突出,尋找高性能天然礦物或工業(yè)廢料制備材料仍是一個長期挑戰(zhàn)。

        1 實驗部分

        1.1 材料

        實驗所用氫氧化鋁(Al(OH)3,分析純)、碳酸鈣(CaCO3,分析純)、氯化銨(NH4Cl,分析純),均由上??苿?chuàng)公司生產(chǎn)。

        1.2 C3A的合成

        將Al(OH)3和CaCO3按摩爾比2:3均勻混合后,重復(fù)進行兩次壓片-1 350 ℃煅燒4h—研磨處理步驟,獲得游離氧化鈣含量低于0.5%的C3A粉末。

        1.3 表征手段

        利用X射線衍射儀對樣品進行XRD分析,選擇Cu K射線,管電壓40 kV,管電流100 mA,掃描角度1°~5°和5°~65°,掃描速度分別為0.5和6°·min-1;利用傅里葉紅外光譜儀進行FTIR分析,測試范圍4000~400 cm-1,分辨率為4 cm-1;樣品形貌SEM圖像通過場發(fā)射掃描電子顯微鏡獲得,測試電壓30 kV,工作距離7 mm,樣品表面涂覆有蒸發(fā)金。

        1.4 去除實驗

        (1)

        (2)

        2 實驗結(jié)果及分析

        2.1 C3A的表征

        合成樣品的XRD圖譜如圖1a所示,存在有尖銳的(440),(800)和(844)晶面衍射峰,表明其具有典型的C3A晶體結(jié)構(gòu)及良好的結(jié)晶度[17]。C3A的FT-IR圖譜如圖1b所示,其在900、858、727及511 cm-1處的特征峰分別歸屬于Ca-O及Al-O振動峰[18-19],證明了合成產(chǎn)物為鋁酸三鈣化合物。由圖1c的電鏡掃描圖可見,C3A顆粒的粒徑約為5.0 μm。

        2.2 反應(yīng)時間對去除的影響及其動力學(xué)

        qt=qe(1-e-k1t)

        (3)

        (4)

        式中qe表示去除平衡時的吸附量,mg·g-1;qt表示t小時的去除量,mg·g-1;k1和k2分別是準(zhǔn)一級和準(zhǔn)二級動力學(xué)常數(shù),min-1和g·(mg·h)-1。

        表1 C3A去除的動力學(xué)方程擬合參數(shù)

        2.3 溶液初始濃度對去除的影響

        2.4 投加量對去除的影響

        2.5 溫度對去除的影響

        (5)

        △G°=-RTlnKd

        (6)

        (7)

        式中T為絕對溫度,K;R為氣體常數(shù),8.314 J·(mol·k)-1;Kd為分配系數(shù)。根據(jù)范特霍夫方程,以298 K溫度下平衡時的lnK與1/T作線性回歸方程,可求得吸附反應(yīng)的△H°和△S°。計算所得的熱力學(xué)參數(shù)如表2所示。

        表2 C3A去除的熱力學(xué)參數(shù)

        2.6 去除機制分析

        3 結(jié)論

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