【摘 要】
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磷是动植物生长发育中不可或缺的元素。当水中磷酸盐含量超标时,藻类快速繁殖,产生有害藻华,水质环境恶化,导致水体富营养化。因此,除磷对水质净化具有重要意义。吸附法因其操作简单、除磷效率高而受到广泛关注。但目前制备吸附剂的原料多为化石燃料等不可再生资源,导致制备成本高难以大规模应用。因此,寻找低成本高性能的吸附剂已成为废水处理领域的研究热点。木质素磺酸钠具有来源广,价格低和碳元素含量高等优点,是一种理
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“木质素基缓释氮肥曼尼希合成机理”（编号:K3050217182）
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磷是动植物生长发育中不可或缺的元素。当水中磷酸盐含量超标时,藻类快速繁殖,产生有害藻华,水质环境恶化,导致水体富营养化。因此,除磷对水质净化具有重要意义。吸附法因其操作简单、除磷效率高而受到广泛关注。但目前制备吸附剂的原料多为化石燃料等不可再生资源,导致制备成本高难以大规模应用。因此,寻找低成本高性能的吸附剂已成为废水处理领域的研究热点。木质素磺酸钠具有来源广,价格低和碳元素含量高等优点,是一种理想的吸附剂制备材料。因此,本研究以低成本的木质素磺酸钠（Na-Ls）为主要原料,分别通过水热活化和热解活化制备了用于除磷的木质素多孔炭吸附剂。主要工作如下:（1）以Na-Ls和尿素为原料,丙三醇为表面活性剂,在180°C水热反应下制备碳球（CS）,再利用KOH对CS进行活化造孔,获得木质素基多孔炭（LPCN-1）。利用SEM、TEM、BET、拉曼光谱、XRD、XPS和元素分析等技术对LPCN-1进行表征,并采用间歇吸附法测试了LPCN-1对磷酸盐的吸附性能。SEM,TEM和BET结果表明,LPCN-1是一种具有蜂窝状三维结构的多孔炭材料,有较高的比表面积（1443.99m~2/g）和孔容（0.70 cm~3/g）。吸附实验表明,在25°C和p H值为2时,LPCN-1对磷酸盐的吸附效果最好。在此条件下,LPCN-1对磷酸盐的最大吸附量为65.11 mg/g。吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir模型,表明LPCN-1对磷酸盐的吸附主要是化学吸附且为单层吸附。热力学参数方程的拟合分析表明,吸附过程是自发的吸热反应。再生实验表明,经过5次吸附和脱附循环后,LPCN-1对磷酸盐的去除率仍有81%,表明LPCN-1具有良好的再生性能。因此,LPCN-1是一种能有效去除水中磷酸盐的吸附剂。（2）以Na-Ls和尿素为原料,先在400°C下热解生成棕黑色固体（BC）,然后在800°C下对BC进行化学活化,制备得到的木质素基多孔炭（LPCN-2）。利用SEM、TEM、BET、拉曼光谱、XPS和元素分析等技术对LPCN-2进行表征,并采用间歇吸附法测试了LPCN-2对磷酸盐的吸附性能。SEM,TEM和BET结果表明,LPCN-2是一种具有三维网络结构的多孔炭,具有良好的孔结构,比表面积为995.90 m~2/g;在25°C时,p H值为4条件下,LPCN-2具有最佳的吸附性能,吸附量为67.75 mg/g。动力学模型拟合分析结果表明,LPCN-2对磷酸盐的吸附主要是化学吸附,吸附过程受多种因素控制。等温线模型拟合分析结果表明,吸附为多分子层吸附。热力学参数方程的拟合分析表明,吸附过程是一个自发的吸热反应,类似于LPCN-1。以上结果表明,水热活化和热解活化制备的两种木质素基多孔炭LPCN-1和LPCN-2对水中磷酸盐具有良好的去除能力。两种材料均可有效去除废水中的磷酸盐,且具有较高的回收利用率,可支持实际应用中的回收要求,具有较高的经济价值。该研究为高值木质素在环境和富营养化控制领域的应用提供了新的思路和方法。
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