铁改性杭锦土吸附剂的研制及对水中砷磷去除机理研究

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磷广泛存在于自然界中,是引起水体富营养化的关键因素。由于农业、冶金、采矿、化工等行业的活动,造成水体砷污染情况加剧。砷和磷在元素周期表中同属于第五主族,因此,两者具有相近的物理化学性质。杭锦工作为天然粘土矿物自然粒度小,比表面积大,存在大小不同的孔道结构,表现出良好的吸附性能。因此本文立足于除磷、除砷材料的开发及应用,研制铁改性杭锦土吸附剂(FHJ),研究其对P、As(V)的吸附性能,探究其除磷、除砷机理。在此基础上,为考察其对水体沉积物磷释放的控制效果,采用湖泊水和底泥进行静态柱实验。主要研究结果如下:1.采用浸渍法对杭锦土进行铁改性,显著提高了杭锦土对P、As(V)的吸附去除能力。2.铁改性杭锦土比表面积由71.14 m~2·g-1提高到158.50 m~2·g-1,Zeta电位分析可知,铁改性提高了杭锦土的等电位点,有利于对P、As(V)的吸附。通过SEM-EDS及Mapping分析可知铁有效负载在杭锦土表面,XRD、FTIR以及XPS的表征分析进一步确定,通过浸渍法负载在杭锦土表面的铁氧化物主要是FeOOH和Fe2O3,并且FeOOH含量占比较高。3.溶液初始pH、吸附剂投加量及共存离子影响FHJ对P、As(V)的去除。在pH4-9范围内,随着溶液初始pH的提高FHJ对P和As(V)的吸附量均呈下降的趋势。增加FHJ的投加量可以提高对水中P、As(V)的去除效果,投加量2g·L-1时,P和As(V)的去除率分别为87.29%和97.92%。溶液共存阴离子Cl-、SO42-、NO3-含量对P和As(V)的去除基本无影响,CO32-、SiO32-的存在会降低FHJ对P和As(V)的吸附性能。腐殖酸对FHJ除P、As(V)影响程度较小。4.FHJ对P的吸附过程符合Langmuir模型,而FHJ对As(V)的吸附过程符合Freundlich模型。FHJ对P、As(V)的吸附动力学过程均符合准二级动力学模型。5.为考察FHJ对沉积物磷释放控制的有效性及长效性,采用玻璃柱进行模拟实验。在60天的实验周期内,与无覆盖对照组相比,覆盖FHJ的实验组其上覆水中TP、DTP、SRP含量明显低于对照组。
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