磷（P）通常被认为是对藻类生长产生限制性的营养物质,并且过量浓度的磷以磷酸盐的形式存在上覆水中,可引起地表水体例如河流、湖泊、水库和溪流的富营养化。因此,为了防止地表水体发生富营养化,在排放废水之前从废水中去除磷酸盐是非常重要的。目前已经开发出许多物理、生物和化学方法等以用于去除废水中的磷酸盐。在这些技术中,吸附法被认为是一种非常有前途的去除废水中磷酸盐的方法,因为它的磷酸盐去除效率高、成本划算、设计简单、操作方便并且可从废水中回收磷酸盐。近年来,金属氧化物中的锆（Zr）基材料作为吸附剂从水溶液中除去磷酸盐已经在研究领域中引起了相当大的关注。锆的氧化物/氢氧化物可通过路易斯酸碱相互作用形成内层配合物而具有较高的磷酸盐结合能力。水合氧化锆还具有在碱性溶液中容易再生、无毒、环境友好、在水中的溶解度低以及良好的物理和化学稳定性等优点,因而将其作为吸附剂去除废水中磷酸盐是非常有前景的。应该指出的是,有两种类型的水合氧化锆（ZrO₂）。一种是无定形ZrO₂,另一种是结晶ZrO₂。与晶体ZrO₂相比,无定形水合ZrO₂通常表面羟基的量更高,因此认为它对于从废水中除去磷酸盐更有效。水合氧化锆通常可通过溶液沉淀法制备得到。不同的沉淀pH值所制备得到的水合氧化锆的表面特性可能是不同的,因而对水中磷酸盐的吸附特征可能也是不同的。此外,废水中通常含Ca²⁺和Mg²⁺等阳离子,它们的存在可能会影响到水合氧化锆对废水中磷酸盐的吸附去除,并且水中共存的Ca²⁺和Mg²⁺等阳离子对不同沉淀pH值条件下制备的水合氧化锆吸磷的影响可能是不同的。但是,目前国内外对于这方面还鲜见报道。另外,现阶段制备得到的水合氧化锆的吸磷容量仍然还不够高,需要进一步提高。先前的研究发现,Mg（OH）₂对水中磷酸盐具备一定的吸附能力,那么如果将Mg（OH）₂与ZrO₂进行复合,有可能制备得到一种吸附效果更佳的除磷吸附剂,目前国内外关于这方面的报道也是比较少见的。为此,本文首先研究了沉淀pH值分别为4.8、8.0和10.6条件下制备的水合氧化锆对水中磷酸盐的吸附作用,重点研究共存Ca²⁺的影响。结果表明,共存的Na⁺仅仅略微促进了沉淀pH值为4.8和8.0时所得水合氧化锆对水中磷酸盐的吸附,却明显促进了沉淀pH值为10.6时所得水合氧化锆对磷酸盐的吸附。共存的Ca²⁺仅仅略微促进了沉淀pH值为4.8时水合氧化锆对磷酸盐的吸附,却极大地促进了沉淀pH值为8.0和10.6时水合氧化锆对磷酸盐的吸附。共存的HCO₃^-和SO₄^2-抑制了水合氧化锆对磷酸盐的吸附,且它们对沉淀pH值为4.8时水合氧化锆吸磷的抑制作用明显大于对沉淀pH值为8.0和10.6时水合氧化锆的抑制作用。不同沉淀pH值条件下制备的水合氧化锆对水中磷酸盐的吸附能力均随着溶液pH值的增加而降低。不同沉淀pH值条件下所得水合氧化锆对水中磷酸盐的吸附平衡数据可以采用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Redushckevich（D-R）等温吸附模型加以描述。存在Na⁺而不存在Ca²⁺情况下,3种不同沉淀pH值条件下所得水合氧化锆对中性溶液中磷酸盐的最大单层吸附容量差别不大;存在Ca²⁺情况下,沉淀pH值为8.0和10.6时所得水合氧化锆对中性溶液中磷酸盐的最大单层吸附容量远远高于沉淀pH值为4.8时制备的水合氧化锆。沉淀pH值为4.8和8.0时所得水合氧化锆的吸磷机制主要是表面氯和羟基基团与磷酸盐之间的配位体交换作用,而沉淀pH值为10.6时所得水合氧化锆的吸磷机制主要是表面羟基基团与磷酸盐之间的配位体交换作用。以上研究结果显示,与沉淀pH值为4.8时制备的水合氧化锆相比,沉淀pH值为8.0和10.6时制备的水合氧化锆更加适合作为吸附剂去除废水中的磷酸盐。其次,为了确定沉淀pH值和共存Mg²⁺对水合氧化锆吸附水中磷酸盐的影响,分别在沉淀pH为5.3、7.1和10.5的条件下制得三种水合氧化锆,即ZrO₂（5.3）、ZrO₂（7.1）和ZrO₂（10.5）。然后对其进行了表征,再对其在不含有和含有Mg²⁺两种条件下的吸附性能和机理进行了对比研究。结果表明,Elovich动力学模型、准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型与实验数据的相关性良好。吸附机理是水中磷酸盐和吸附剂表面锆之间的络合反应。Mg²⁺的存在抑制了ZrO₂（5.3）对于磷酸盐的吸附,包括吸附能力和速率,但共存Mg²⁺却大大增加了ZrO₂（7.1）和ZrO₂（10.5）对水中磷酸盐的吸附容量和速率。Mg²⁺存在对ZrO₂（7.1）和ZrO₂（10.5）吸附水中磷酸盐的增强原因主要在于,磷酸盐与Mg²⁺在溶液中形成MgHPO₄⁰,然后MgHPO₄⁰被吸附剂表面所吸附,形成以磷酸盐为桥联的三元配合物Zr（OPO₃H）Mg。当不存在Mg²⁺时,根据Langmuir等温吸附模型计算得到的pH 7时磷酸盐最大单层吸附容量的排序依次为:ZrO₂（7.1）（67.3 mg/g）>ZrO₂（5.3）（53.6 mg/g）≈ZrO₂（10.5）（53.1 mg/g）。当存在Mg²⁺时,磷酸盐最大单层吸附容量的排序依次为:ZrO₂（7.1）（97.0 mg/g）>ZrO₂（10.5）（79.7 mg/g）>ZrO₂（5.3）（51.3mg/g）。最后,采用可溶性镁盐和锆盐通过简单的溶液共沉淀法将一定量的Mg（OH）₂引入到ZrO₂中,制备得到一种新型的Mg（OH）₂/ZrO₂复合物（MZ）,并将其应用于水中磷酸盐的吸附去除。为了比较的需要,本文还制造了单纯的ZrO₂和Mg（OH）₂。采用SEM、EDS、XRF和N₂吸附/解吸等手段对所制备的MZ、ZrO₂和Mg（OH）₂进行了表征,并通过批量实验比较研究了它们对水中磷酸盐吸附性能。吸附磷酸盐之前和之后的MZ样品也通过XPS和³¹P NMR进行了表征,以探讨相关的吸磷机制。结果表明,MZ主要由ZrO₂和Mg（OH）₂组成,其Mg/Zr摩尔比为0.186。另外,MZ具有比单组分ZrO₂和Mg（OH）₂更大的比表面积。MZ对水中磷酸盐的吸附能力比单纯ZrO₂和Mg（OH）₂更强。当初始溶液pH值为7时,MZ的Langmuir最大磷酸盐吸附容量为93.0 mg PO₄/g,分别比单组分ZrO₂和Mg（OH）₂高74.8%和4.60倍。MZ对水中磷酸盐的吸附机制为:（i）水中磷酸盐通过与MZ中ZrO₂相之间的配位体交换,被吸附到MZ的表面上,形成内层磷酸盐配合物;（ii）水中磷酸盐通过与MZ中Mg（OH）₂相之间的化学反应,被吸附到MZ的表面上,形成MgHPO₄和Mg₃（PO₄）₂。MZ对水中磷酸盐的吸附效果明显强于ZrO₂和Mg（OH）₂可归因于:（i）MZ的比表面积更大;（ii）MZ中Mg（OH）₂组分溶解释放出来的Mg²⁺,增强了MZ中ZrO₂组分对水中磷酸盐的吸附效果。综上,考虑到废水中通常存在Ca²⁺和Mg²⁺,沉淀pH值为7.1条件下制得到的水合氧化锆是很有希望的除磷吸附剂。将少量的Mg（OH）₂引入到ZrO₂中制备得到的新型复合物Mg（OH）₂/ZrO₂复合物比单纯的ZrO₂更有希望作为一种吸附剂材料,以去除废水中的磷酸盐。