【摘 要】
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我国天然水体富营养化形式不容乐观,全国多个湖泊、河流出现了磷酸盐超标现象,极易造成水华现象,危害水体生态系统。生物炭基人工湿地是以生物炭（BC）为填料来实现水体净化的一种人工生态系统,十分适用于修复低浓度、分散式的磷酸盐超标水体。针对BC磷酸盐吸附容量有限、吸附性能低的特点,通过定向调控表面官能团可显著提高其对磷酸盐的专性吸附性能和吸附容量,促进水体中磷酸盐的去除。本研究制备了生物炭负载层状双氢氧
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我国天然水体富营养化形式不容乐观,全国多个湖泊、河流出现了磷酸盐超标现象,极易造成水华现象,危害水体生态系统。生物炭基人工湿地是以生物炭（BC）为填料来实现水体净化的一种人工生态系统,十分适用于修复低浓度、分散式的磷酸盐超标水体。针对BC磷酸盐吸附容量有限、吸附性能低的特点,通过定向调控表面官能团可显著提高其对磷酸盐的专性吸附性能和吸附容量,促进水体中磷酸盐的去除。本研究制备了生物炭负载层状双氢氧化物（LDHs@BC）炭基填料,探究了LDHs@BC对磷酸盐的吸附性能、吸附机制和影响因素,分析了LDHs@BC在模拟人工湿地除磷中的效果以及作为钝化剂的再利用潜力。主要研究结论如下:（1）不同BC及其制备的LDHs@BC对磷酸盐的吸附性能具有显著差异。相同条件下,不同BC对磷酸盐的去除率仅为0.1%～21.4%,而LDHs@BC则为53.4%～76.4%,即LDHs的负载改性使BC的磷酸盐吸附能力显著提升（1.31～1.76倍）。同时,LDHs负载后,单位质量LDHs的磷酸盐吸附能力相比纯LDHs也显著增加（1.22～3.63倍）。但随着LDHs负载量的进一步增加,LDHs对磷酸盐的吸附能力则逐渐下降（r=-0.738,p＜0.01）,这是由于片层状的LDHs为亚微米级和微米级,因此只能存在于BC的大孔和外表面上,随着LDHs负载量的增加,LDHs逐渐堆积,导致其部分活性吸附位点被覆盖,磷酸盐吸附能力受到显著限制。（2）LDHs@BC主要通过静电吸附、表面羟基配体交换和络合沉淀等作用吸附磷酸盐,LDHs@BC对磷酸盐的Langmiur饱和吸附容量高达200 mg g-1,吸附过程符合准二级反应动力学。LDHs@BC对磷酸盐的吸附对环境p H的适应性较强,随着p H的增加（p H 4～11）,其对磷酸盐的吸附去除率率仅下降15.6%;LDHs@BC对磷酸盐的吸附具有良好的抗干扰性,F-、CO32-和SO42-等阴离子共存时的抑制率小于15%。此外。LDHs@BC拥有良好的再生性能,经过五次循环后,LDHs@BC的磷酸盐去除率仍能达到58.7%。（3）动态吸附实验结果表明,进水流速与LDHs@BC的穿透时间、耗竭时间和动态吸附容量成负相关,而进水浓度则与动态吸附容量成正相关。低流速,高进水浓度能够促进LDHs@BC对磷酸盐动态吸附过程,提升其动态吸附容量。Thomas模型和Yoon-Nelson模型均能够很好的描述LDHs@BC对磷酸盐的动态吸附过程（r＞0.96）。当进水流速由0.3 m L min-1增加至0.9 m L min-1时,磷酸盐吸附速率增加,到达耗竭的时间也随之减少（25 d缩短至12 d）,而进水磷酸盐浓度由3.0 mg L-1增加至15.0 mg L-1,LDHs@BC对磷酸盐的传质驱动力也随之增加,进而提升了LDHs@BC的动态吸附容量(18.82 mg g-1增加至38.79 mg g-1)。
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