水合金属氧化物除磷吸附剂及其机理研究

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水体中氮、磷等营养元素过剩所导致的富营养化问题日益严重,而对废水中磷的去除是防治富营养化最重要手段之一。在现有的废水除磷技术中,生化除磷稳定性差,化学沉淀法除磷费用高,并且两者都不能有效回收磷资源。吸附法除磷运行稳定,且可对磷资源进行回收,因此从废水除磷与磷资源回收双重角度出发,选择对吸附法进行研究,特别是针对现有吸附剂吸附容量低,pH适应范围窄的缺陷,进行对新型高效废水除磷吸附剂的研究。 对单元素与复合水合金属氧化物吸附除磷研究发现,水合氧化镧具有吸附容量高,pH值适应范围宽,抗干扰性好等优点,但是其再生问题难以解决,并且价格昂贵,限制其实用性;铁-铈复合水合氧化物(CFA)是以铁为基本元素,铈为添加元素的复合吸附剂,通过对其合成条件优化,得到的CFA在吸附量、pH适应性等方面都好于常用的活性氧化铝,并且可以解吸与再生,是一种性能优良的新型除磷吸附剂。 通过对CFA的物性测量与机理分析,推论了CFA比表面积扩大是其高效吸附的主要原因;其中Ce元素的加入起到对CFA的结晶破坏作用,从而造成CFA的比表面积扩大;在吸附过程中存在磷酸根与CFA表面羟基的置换过程;CFA对磷酸根产生吸附的主要活性元素为3价Fe;CFA表面的Fe完全以3价存在,说明在CFA合成过程中Ce4+与Fe2+进行了氧化还原反应,从而导致了CFA的无定形状态增加及比表面积扩大。 以机理分析为指导,构建了在吸附剂合成的沉淀反应过程中,通过加入强氧化剂或表面活性剂来阻止水合金属氧化物产生结晶或聚结,从而构筑高比表面积吸附剂的“结晶与聚结干扰破坏合成法”。通过优选,得到一种羟基高分子干扰物质P1。以P1为干扰剂,合成了高活性水合氧化铁(AFe)除磷吸附剂。性能评价显示,AFe的吸附磷容量略低于CFA,但高于粉末活性氧化铝;经多次吸附-解吸-回用循环后,AFe的吸附量变化不大。连续试验研究显示,在合适的SV下,AFe除磷性能良好;与颗粒活性氧化铝的对比试验结果显示,AFe在相同填充体积与相同填充重量下的除磷效果都好于活性氧化铝。
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