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摘要：以硅藻土原土为原材料，对其采用盐酸酸洗和焙烧处理进行磷去除效果的研究。探究了盐酸浓度和焙烧温度对磷去除效果的影响。结果表明，酸改性硅藻土与原土相比磷去除率有提高，去除率由原土的-16%提升到43%;焙烧硅藻土比酸改性硅藻土磷去除效果好，去除率最高可达86%。改性硅藻土制备的最优条件：盐酸浓度为2mol/L、焙烧温度为450℃。
关键词：酸改性，硅藻土，除磷，焙烧
硅藻土具有多孔、相对密度小，孔隙率高，孔径分布范围大的特点，而且吸附能力强，能吸附自身重量的1.5～4倍的杂质 [1]。硅藻土因具有独特孔结构特性、较大的比表面积和表面大量的自由羟基和缔合羟基，因而成为良好的天然吸附材料[2]。
我国硅藻土资源虽极为丰富，但因为高品位稀少，极大降低了硅藻土应用范围[3]，而改性是提高其应用性能的重要手段之一。焙烧[4]和酸改性方法[5]是最常用的两种常规改性方法。本文以硅藻土原土为原材料，通过盐酸改性得到酸改性硅藻土，探究其对磷的去除率来确定最优条件，再在酸改性硅藻土的基础上探究不同焙烧温度得到的硅藻土对磷的去除效果，以此来确定改性硅藻土的最优制备条件。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
试剂：磷酸二氢钾、盐酸、氢氧化钠、四水合钼酸铵、浓硫酸、抗坏血酸、过硫酸钾，试验用水为去离子水。
硅藻土：云南省腾冲地区硅藻土原土。
模拟废水：准确称取于110℃干燥2h的KH2PO4 0.00439g，用水溶解后移入1000ml容量瓶中，并稀释至刻度，摇匀。此溶液含磷浓度为1mg/L。
仪器：恒温振荡器，箱式电阻炉，pH计，紫外可见分光光度计，立式压力蒸汽灭菌器，电热恒温鼓风干燥箱，数显恒温水浴锅，离心机。
1.2实验方法
1.2.1 改性硅藻土的制备
称量一定量的硅藻土原土水洗，过滤烘干后研磨，将上述硅藻土放入烧杯中，以一定液固比将盐酸和硅藻土加入烧杯中，加入不同浓度盐酸，在一定温度反应一定时间，取出水洗至中性，过滤后将滤饼在105℃下烘干，取出冷却研磨，得到酸改性硅藻土。
称量一定量的酸改性硅藻土，分别在不同温度下焙烧2h，取出冷却，得到焙烧硅藻土。
1.2.2 静态吸附试验
取含磷浓度为1mg/L的模拟废水50ml置于50ml离心管中，用10%HCl或2molNaOH溶液调节废水pH为5.0，加入0.5g改性硅藻土，在25℃下，在振荡器上以200r/min的速度振荡16h后，用离心机离心分离，吸取上层清液用钼酸铵分光光度法测定上层清液中残留的磷浓度，按式（1）计算磷的去除率：
去除率=（Co-Ct）/Co×100% （1）
式中：Co：处理前废水中磷浓度，mg/L;Ct：处理后废水中磷浓度，mg/L。
2 结果与讨论
2.1 盐酸浓度对磷去除率的影响
控制盐酸和硅藻土的液固比为5ml/g，在水浴温度90℃下反应5h，水洗中性烘干后得到酸改性硅藻土。取50ml含磷浓度1mg/L的废水，调节废水pH=5.0，加入0.5g酸改性硅藻土，在25℃下，在振荡器上以200r/min的速度振荡16h，其他操作条件不变，考察盐酸浓度分别为1、2、3、4、5、6、7、8mol/L时对磷去除率的影响，结果如图1所示。由图1可知，当盐酸浓度≤2mol/L时，可能因硅藻土孔道中杂质过多，吸附点位较少，导致磷去除率低;盐酸浓度>2mol/L时，可能因硅藻土表面被腐蚀，不利于吸附，导致磷去除率偏低。当盐酸浓度为2mol/L时，磷的去除率可达43%，比硅藻土原土对磷的去除率提高了59%。故盐酸浓度最优条件为2mol/L。
2.2 焙烧温度对磷去除率的影响
选取2mol/l的酸改性硅藻土，在不同温度焙烧下得到焙烧硅藻土。取50ml含磷浓度1mg/L的废水，调节废水pH=5.0，加入0.5g焙烧硅藻土，在25℃下，在振荡器上以200r/min的速度振荡16h，其他操作条件不变，考察分别在300、350、400、450、500、550、600、650、700℃温度下焙烧2h时对磷去除率的影响，结果如图2所示。由图2可知，当焙烧温度≤450℃时，去除率有提高，是因为焙烧还未对硅藻土的结构造成破坏，仅去除了覆盖在表面和微孔中的杂质和有机物及所携带的自由水，改善了硅藻土的吸附性能;当焙烧温度>450℃，可能因温度过高破坏了硅藻土的壳体和结构，部分微孔随之分裂、坍塌，表面的羟基数量也随之不断减少，进而硅藻土的吸附效果变差[6]，磷去除率降低。当温度在450℃时磷去除率最高为86%，故焙烧温度最优条件为450℃。
3结论
对硅藻土原土进行酸洗和焙烧处理得到改性硅藻土，其对磷的去除率由原土的-16%可提升至86%。最优工艺条件为：盐酸浓度2mol/L，焙烧温度450℃。
參考文献
[1] 李芳.金属/硅藻土吸附亮蓝染料废水研究[D].兰州：兰州大学，2009.
[2] 严小轩， 向琳. 双膜法处理高浓度含磷废水工艺研究[J]. 磷肥与复肥， 2014， 29（3）：11-14.
[3] 刘国庆，匡猛.硅藻土化学提纯工艺[J]. 广东化工，2016，43（17）：124，139.
[4] 郑水林，王利剑，舒锋，等.酸浸和焙烧对硅藻土性能的影响[J].盐酸盐学报，2006，34（11） ：1382-1386.
[5]Shawabkeha R A， Tutunji M F. Experimental study and modeling of basic dye sorption by diatom iceous clay[J]. Applied Clay Science， 2003， 24（1-2）：111-120.
[6]朱健，王平，雷明婧，等.硅藻土常规物化改性机制及存在问题研究[C]. 中国环境科学学会学术年会论文集，2013：6495-6505.
作者简介：任筱雨（1996—），女，汉，安徽淮北，硕士研究生，重庆交通大学河海学院，研究方向：水处理研究方向。
关键词：酸改性，硅藻土，除磷，焙烧
硅藻土具有多孔、相对密度小，孔隙率高，孔径分布范围大的特点，而且吸附能力强，能吸附自身重量的1.5～4倍的杂质 [1]。硅藻土因具有独特孔结构特性、较大的比表面积和表面大量的自由羟基和缔合羟基，因而成为良好的天然吸附材料[2]。
我国硅藻土资源虽极为丰富，但因为高品位稀少，极大降低了硅藻土应用范围[3]，而改性是提高其应用性能的重要手段之一。焙烧[4]和酸改性方法[5]是最常用的两种常规改性方法。本文以硅藻土原土为原材料，通过盐酸改性得到酸改性硅藻土，探究其对磷的去除率来确定最优条件，再在酸改性硅藻土的基础上探究不同焙烧温度得到的硅藻土对磷的去除效果，以此来确定改性硅藻土的最优制备条件。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
试剂：磷酸二氢钾、盐酸、氢氧化钠、四水合钼酸铵、浓硫酸、抗坏血酸、过硫酸钾，试验用水为去离子水。
硅藻土：云南省腾冲地区硅藻土原土。
模拟废水：准确称取于110℃干燥2h的KH2PO4 0.00439g，用水溶解后移入1000ml容量瓶中，并稀释至刻度，摇匀。此溶液含磷浓度为1mg/L。
仪器：恒温振荡器，箱式电阻炉，pH计，紫外可见分光光度计，立式压力蒸汽灭菌器，电热恒温鼓风干燥箱，数显恒温水浴锅，离心机。
1.2实验方法
1.2.1 改性硅藻土的制备
称量一定量的硅藻土原土水洗，过滤烘干后研磨，将上述硅藻土放入烧杯中，以一定液固比将盐酸和硅藻土加入烧杯中，加入不同浓度盐酸，在一定温度反应一定时间，取出水洗至中性，过滤后将滤饼在105℃下烘干，取出冷却研磨，得到酸改性硅藻土。
称量一定量的酸改性硅藻土，分别在不同温度下焙烧2h，取出冷却，得到焙烧硅藻土。
1.2.2 静态吸附试验
取含磷浓度为1mg/L的模拟废水50ml置于50ml离心管中，用10%HCl或2molNaOH溶液调节废水pH为5.0，加入0.5g改性硅藻土，在25℃下，在振荡器上以200r/min的速度振荡16h后，用离心机离心分离，吸取上层清液用钼酸铵分光光度法测定上层清液中残留的磷浓度，按式（1）计算磷的去除率：
去除率=（Co-Ct）/Co×100% （1）
式中：Co：处理前废水中磷浓度，mg/L;Ct：处理后废水中磷浓度，mg/L。
2 结果与讨论
2.1 盐酸浓度对磷去除率的影响
控制盐酸和硅藻土的液固比为5ml/g，在水浴温度90℃下反应5h，水洗中性烘干后得到酸改性硅藻土。取50ml含磷浓度1mg/L的废水，调节废水pH=5.0，加入0.5g酸改性硅藻土，在25℃下，在振荡器上以200r/min的速度振荡16h，其他操作条件不变，考察盐酸浓度分别为1、2、3、4、5、6、7、8mol/L时对磷去除率的影响，结果如图1所示。由图1可知，当盐酸浓度≤2mol/L时，可能因硅藻土孔道中杂质过多，吸附点位较少，导致磷去除率低;盐酸浓度>2mol/L时，可能因硅藻土表面被腐蚀，不利于吸附，导致磷去除率偏低。当盐酸浓度为2mol/L时，磷的去除率可达43%，比硅藻土原土对磷的去除率提高了59%。故盐酸浓度最优条件为2mol/L。
2.2 焙烧温度对磷去除率的影响
选取2mol/l的酸改性硅藻土，在不同温度焙烧下得到焙烧硅藻土。取50ml含磷浓度1mg/L的废水，调节废水pH=5.0，加入0.5g焙烧硅藻土，在25℃下，在振荡器上以200r/min的速度振荡16h，其他操作条件不变，考察分别在300、350、400、450、500、550、600、650、700℃温度下焙烧2h时对磷去除率的影响，结果如图2所示。由图2可知，当焙烧温度≤450℃时，去除率有提高，是因为焙烧还未对硅藻土的结构造成破坏，仅去除了覆盖在表面和微孔中的杂质和有机物及所携带的自由水，改善了硅藻土的吸附性能;当焙烧温度>450℃，可能因温度过高破坏了硅藻土的壳体和结构，部分微孔随之分裂、坍塌，表面的羟基数量也随之不断减少，进而硅藻土的吸附效果变差[6]，磷去除率降低。当温度在450℃时磷去除率最高为86%，故焙烧温度最优条件为450℃。
3结论
对硅藻土原土进行酸洗和焙烧处理得到改性硅藻土，其对磷的去除率由原土的-16%可提升至86%。最优工艺条件为：盐酸浓度2mol/L，焙烧温度450℃。
參考文献
[1] 李芳.金属/硅藻土吸附亮蓝染料废水研究[D].兰州：兰州大学，2009.
[2] 严小轩， 向琳. 双膜法处理高浓度含磷废水工艺研究[J]. 磷肥与复肥， 2014， 29（3）：11-14.
[3] 刘国庆，匡猛.硅藻土化学提纯工艺[J]. 广东化工，2016，43（17）：124，139.
[4] 郑水林，王利剑，舒锋，等.酸浸和焙烧对硅藻土性能的影响[J].盐酸盐学报，2006，34（11） ：1382-1386.
[5]Shawabkeha R A， Tutunji M F. Experimental study and modeling of basic dye sorption by diatom iceous clay[J]. Applied Clay Science， 2003， 24（1-2）：111-120.
[6]朱健，王平，雷明婧，等.硅藻土常规物化改性机制及存在问题研究[C]. 中国环境科学学会学术年会论文集，2013：6495-6505.
作者简介：任筱雨（1996—），女，汉，安徽淮北，硕士研究生，重庆交通大学河海学院，研究方向：水处理研究方向。