溶解性有机质对镧改性膨润土吸附磷的影响研究

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随着社会的发展和人类生命活动的需要,越来越多的含磷物质不可避免地进入水环境,容易导致水体富营养化。镧改性膨润土(LMB)被广泛地应用于吸附污染水体中的无机磷,然而LMB的吸附性能会受到溶解性有机质(DOM)的影响。本文通过研究DOM的种类和比例对LMB吸附磷酸盐的影响,筛选出关键的影响因素腐植酸(HA),随后以HA和磷酸盐为吸附质进行LMB的吸附动力学和吸附等温线实验,并且采用SEM-EDS、XRD、FTIR和XPS的方法对LMB进行表征,分析其对两者的吸附行为和机理。最后,研究LMB对HA和磷在不同的加入吸附质方式下的吸附行为,并且以天然水体为研究对象,探究LMB对其中的DOM和磷酸盐的长期影响。所得到的主要结论如下:(1)在HA、牛血清白蛋白(BSA)和海藻酸钠(SA)中其中一种DOM和磷酸盐共存的条件下,仅HA对LMB吸附磷酸盐产生影响,为抑制作用;同时,LMB对HA具有规律性的吸附。在三种DOM以不同比例和磷酸盐混合的条件下,以BSA或SA为主的DOM对LMB除磷几乎没有影响;而DOM以HA为主时,LMB吸附磷的效果变差。(2)LMB对HA或磷酸盐的吸附动力学都符合准二级动力学模型,吸附等温线都符合Langmuir模型;磷酸盐的最大吸附量为5.70 mg g-1,而HA为11.83 mg g-1。LMB在C/P摩尔比为5.35的HA和磷酸盐混合溶液中,对两者的吸附等温线仍符合Langmuir模型,但HA的最大吸附量仅为4.51 mg g-1,LMB优先吸附磷酸盐。(3)XPS分析发现,LMB吸附BSA后可能存在和磷发生静电吸引的质子化氨基官能团;HA和SA都含有C-O/C-OH官能团,但或许拥有更小分子尺寸的HA能够扩散到吸附剂的内部,以阻碍磷的吸附。La和HA可形成La-HA络合物。HA的化学键O-C=O能够竞争LMB上针对磷的镧吸附位点,但在以摩尔比C/P为5.35(即按照最大吸附量投加吸附质)进行共同吸附时,LMB和磷具有更好的结合能力,可能形成La-P-HA三元络合物使得HA保持一定的吸附量。该实验组的XRD衍射图出现了La PO4·0.5H2O的衍射峰,吸附磷之后的LMB均会出现O-P-O新键,形成La-O-P内球络合物是LMB吸附磷的主要作用机理。(4)不管是先加磷后加HA,还是共同加入,HA的存在都不利于LMB除磷。分开加入吸附质时,3-10 mg L-1 HA可能使LMB中的La溶出;但磷的吸附容量随着HA的浓度增加而增加,或许是因为HA和磷之间形成了氢键。共同吸附时对HA吸附容量更高,其等温线符合Freundlich模型。对比先加HA后加磷和共同吸附两种方式,共同吸附条件下的HA吸附量较低。以1 mg L-1的磷浓度为分界线,HA吸附量在高于该浓度时较低,而磷的吸附量却比较高。这与低浓度磷时La是过量的有关。磷总能和LMB稳定地结合,在高于1 mg L-1时抢夺吸附位点的磷能为HA提供吸附位点。(5)选取以腐殖质为荧光DOM的劣五类河水为研究对象,磷浓度随着反应时间的延长而降低;水中DOM的初始浓度越高,磷浓度降低得越慢。同时,DOM的荧光强度随着反应的进行而增加。LMB能够吸附水中的腐植酸。
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