王穎

摘 要：近年來，隨著湖泊和各海域水體富養(yǎng)化的現(xiàn)象日益嚴(yán)重，水體中氮磷含量嚴(yán)重超標(biāo)，給水體中生物帶來了毀滅性的災(zāi)難，同時(shí)人們的生活環(huán)境也受到嚴(yán)重影響。為了凈化水體的氮和磷，越來越多的除磷方法應(yīng)用到實(shí)際中。該實(shí)驗(yàn)主要采用吸附法以凹凸棒土為載體、負(fù)載氧化氯鋯、氯化鈰制備高效除磷吸附劑。對(duì)新制的吸附劑進(jìn)行了除磷的吸附試驗(yàn)，并對(duì)其吸附性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：吸附劑 凹凸棒土 氧氯化鋯 氯化鈰

中圖分類號(hào)：X703.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）06（a）-0134-02

水體富營養(yǎng)化主要是由于水體中氮磷含量超標(biāo)，進(jìn)而造成河水發(fā)生水華和海水發(fā)生赤潮的最重要因素。工業(yè)廢水、生活污水、化肥、農(nóng)藥的使用是氮和磷超標(biāo)的主要因素。富營養(yǎng)化水體被普遍認(rèn)為是劣質(zhì)水體。惡化水源水質(zhì)，增加給水處理難度和成本，劣質(zhì)水體作為供水水源時(shí)，會(huì)給凈水廠的正常運(yùn)行帶來一系列問題，如增加水處理費(fèi)用、降低處理效果和產(chǎn)水率等。而且遭受富營養(yǎng)化污染的水體在一定條件下因厭氧作用產(chǎn)生硫化氫、甲烷、氨氣等有毒有害氣體，給水處理增加相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度。

隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境重視程度的提高，面對(duì)嚴(yán)重的問題，越來越多的除磷方法應(yīng)用到實(shí)際中。目前許多學(xué)者把注意力集中到吸附劑上，其優(yōu)點(diǎn)在于可同時(shí)吸附廢水中的兩種或多種離子來凈化水體。此實(shí)驗(yàn)采用吸附法，對(duì)水中的亞硝酸根及磷酸根進(jìn)行吸附。

1 吸附實(shí)驗(yàn)

1.1 吸附劑的選取

吸附法關(guān)鍵在于吸附劑。吸附劑種類很多，其主要特征是多孔結(jié)構(gòu)和具有很大的比表面。工業(yè)上常用的吸附劑的比表面約為300～1200 m/g。吸附劑性能不僅取決于其化學(xué)組成，而且與制造方法有關(guān)。高效的吸附劑應(yīng)具備：選擇性好；吸附容量高；抗離子干擾；吸附速率快；再生容易，穩(wěn)定性好；無毒；原料經(jīng)濟(jì)廉價(jià)。所以該實(shí)驗(yàn)采用凹凸棒土為主要原料，在高溫下進(jìn)行灼燒得到粒狀的無機(jī)復(fù)合物。該復(fù)合物對(duì)水體中的磷具有很好的吸附性。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

此實(shí)驗(yàn)采用凹凸棒土與氧氯化鋯、氯化鈰混合在一定溫度下經(jīng)焙燒制備無機(jī)復(fù)合物吸附劑。用以吸附模擬水中的磷酸鹽與亞硝酸鹽，其機(jī)理是：該復(fù)合物以凹凸棒土為載體，通過加入氧氯化鋯及氯化鈰使其表面生成活性較高的水合氧化鋯及水合氧化鈰，從而形成羥基化表面，羥基可以與水中的磷酸根及亞硝酸根離子進(jìn)行交換，起到去除作用。根據(jù)水合金屬氧化物在水體中吸附陰離子的主要機(jī)理是陰離子配位體的交換，可以推測(cè)附亞硝酸根離子與磷酸根離子的反應(yīng)式如下：

Ce-OH+H++NO2- →Ce-NO2-+H2O

2Zr-OH+2H++PO43-→（2Zr-）PO4-+2H2O

Zr-OH+2H++PO43-→Zr-HPO4-+H2O

Zr-OH+3H++PO43-→Zr-H2PO4+H2O

Zr-OH+3H++PO43-→（2Zr-）HPO4+H2O

這樣磷酸根離子與亞硝酸根離子就被吸附到吸附劑上了。高溫焙燒可以脫去凹凸棒土中的吸附水、沸石水、部分結(jié)晶水以及八面體中的結(jié)構(gòu)水，造成晶格內(nèi)部和沸石孔道中斷鍵，增加活性中心，使其雜亂堆積的針棒狀團(tuán)變得疏松多孔，增加孔隙容積和比表面積。但焙燒溫度不易過高，否則會(huì)引起凹土孔徑塌陷、纖維束堆積，針狀纖維束緊密燒結(jié)在一起，孔隙容積和比表面積減小，致使吸附能力減弱。

1.3 吸附劑吸附性能的評(píng)價(jià)方法

每次取吸附劑0.2 g，放入小錐形瓶，再加入適量模擬水，30 mL濃度為25 mg/L的亞硝酸根離子溶液和30 mL濃度為25 mg/L的磷酸根離子溶液，于小錐形瓶中在相應(yīng)的條件下進(jìn)行吸附。吸附完畢，用756型紫外可見分光光度計(jì)測(cè)量上清液的吸光度，根據(jù)附錄換算出吸附容量。

1.4 吸附劑的制備及制備條件的討論

（1） 稱取適量的氧氯化鋯和氯化鈰，分別配成含鋯量與含鈰量為1%、2%、3%、4%的溶液并置于容量瓶中。

（2）鋯與鈰的含量對(duì)吸附劑的影響。

取1%的氧氯化鋯和4%的氯化鈰、2%的氧氯化鋯和3%的氯化鈰，3%的氧氯化鋯和2%的氯化鈰，4%的氧氯化鋯和1%的氯化鈰的混合液15 mL于小燒杯中，分別加入4 g凹凸棒土（0.45 mm）與其中混合，攪勻。再將1.5 mol/L的NaOH溶液滴加到其中，使混合物pH在10～11，得到糊狀的混合物。將過濾后的物質(zhì)用蒸發(fā)皿在電熱套上蒸發(fā)成固體物質(zhì)。轉(zhuǎn)入自動(dòng)調(diào)溫烘箱于200 ℃下焙燒兩個(gè)小時(shí)，即可得到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4種鋯、鈰含量不同的粒狀吸附劑。

取4份模擬水于小錐形瓶中，分別放入吸附劑0.2 g，充分混勻，在室溫下于搖床上進(jìn)行振蕩吸附4 h。吸附完畢后測(cè)其吸光度。其結(jié)果表1。

由表1可以看出，在吸附劑濃度不同的情況下，吸附容量隨著鋯含量增大（鈰含量減?。┒鴾p小，在鋯含量為2%、鈰含量為3%時(shí)，對(duì)磷酸根的吸附容量達(dá)到最大，對(duì)亞硝酸根的吸附容量也較為大。顯然，為了使吸附劑能較多地吸附水中的氮和磷，選擇含鋯量為2%、含鈰量為3%的吸附劑吸附效果較佳。所以在以后的試驗(yàn)中選擇這樣的吸附劑為研究對(duì)象。

（3）焙燒時(shí)間對(duì)吸附劑的影響。

取以上實(shí)驗(yàn)中配比好的吸附劑，轉(zhuǎn)入自動(dòng)調(diào)溫烘箱于200 ℃下焙燒1 h、1.5 h、2 h、2.5 h、3 h，研磨、篩選得到粒狀的吸附劑。

取5份模擬水于小錐形瓶中，分別放入上步制備好的吸附劑0.2 g，充分混勻，在室溫下于搖床上進(jìn)行振蕩吸附4 h。吸附完畢后測(cè)其吸光度。其結(jié)果見表2。

由表2可以看出，在吸附劑焙燒時(shí)間不同的情況下，開始時(shí)吸附劑吸附容量隨焙燒時(shí)間增長而增大，當(dāng)吸附劑焙燒時(shí)間高于2h時(shí)，吸附容量開始下降，這主要是因?yàn)楸簾龝r(shí)間過長容易造成凹凸棒土表面結(jié)晶水的喪失，從而影響水和氧化物的生成，進(jìn)一步影響吸附效果，減少吸附容量。當(dāng)焙燒時(shí)間為2 h時(shí)，兩離子的吸附容量達(dá)到最大。所以，焙燒2 h最佳。

（4）焙燒溫度對(duì)吸附劑的影響。

取以上實(shí)驗(yàn)中配比好的吸附劑，轉(zhuǎn)入自動(dòng)調(diào)溫烘箱于150 ℃、190 ℃、230 ℃、250 ℃下焙燒2 h，即可得到粒狀的吸附劑。取出研磨、過篩得到顆粒狀吸附劑。

取4份模擬水于小錐形瓶中，分別放入上步制備好的吸附劑0.2 g，充分混勻，在室溫下于搖床上進(jìn)行振蕩吸附4 h。吸附完畢后測(cè)其吸光度。其結(jié)果見表3。

由表3可以看出，在吸附劑焙燒溫度不同的情況下，吸附劑的吸附容量隨著焙燒溫度的升高而增大，在焙燒溫度為250 ℃時(shí)，吸附劑的吸附容量最大。

2 結(jié)論

此實(shí)驗(yàn)采用了凹凸棒土和氧氯化鋯計(jì)氯化鈰為主要原料制備除磷吸附劑。通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)，該吸附劑的最佳制備方案是：

（1）含鋯量2%與含鈰量3%的溶液制成的吸附劑。

（2）最佳焙燒溫度為250 ℃。

（3）最佳焙燒時(shí)間為2 h。

參考文獻(xiàn)

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