鋁鋯顆粒吸附材料去除水中氟、磷性能及機(jī)理研究.pdf

1、吸附法因其低廉、高效及操作方便等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用作深度凈水工藝，該技術(shù)的關(guān)鍵在于選取合適的吸附材料。針對水體中氟(F)、磷(P)污染物超標(biāo)的問題，本研究研發(fā)出一種新型高效的吸附材料——顆粒型鋁鋯復(fù)合金屬氧化物(AZGA)，通過熱失重、抗壓性實(shí)驗(yàn)、XRD、BET、Zeta電位分析等表征手段研究了AZGA的表面物化特性和結(jié)構(gòu)特征;通過吸附動(dòng)力學(xué)、吸附等溫線、pH影響和共存離子影響實(shí)驗(yàn)來探討了該吸附劑對F、P的吸附特性及水質(zhì)因子影響規(guī)律;利用S

2、EM-EDS、Mapping、FTIR、XPS、NMR、Raman等表征技術(shù)解釋了AZGA對F、P的吸附機(jī)理;通過解吸-再生實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)小柱實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了吸附劑動(dòng)態(tài)除F/P效果及再生性能，主要研究成果如下:
　　1.通過對比不同比例的鋁、鐵、鋯復(fù)合吸附劑對F、P的去除效果，確定了最佳吸附劑為Al∶Zr=3∶1的鋁鋯復(fù)合金屬氧化物，以聚乙烯醇(PVA)為粘合劑采用擠壓法制得粒徑為2～2.5mm的AZGA顆粒，并用多項(xiàng)表征技術(shù)對其表面特性進(jìn)

3、行研究后發(fā)現(xiàn):AZGA呈無晶型結(jié)構(gòu)，最大機(jī)械載荷為34.21N，比表面積為29.55 m2/g，Zeta電位pHpzc=6.93，材料表面含有大量的羥基基團(tuán)，主要元素有C、H、O、Al、Zr、S。
　　2.AZGA除F、P的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:AZGA除F的動(dòng)力學(xué)特征符合擬二階模型、除P動(dòng)力學(xué)特征符合Power模型，這說明F/P的吸附都在異構(gòu)表面發(fā)生，且以化學(xué)吸附為主;顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型擬合結(jié)果表明AZGA對F、P的吸附速率受到不止一個(gè)

4、反應(yīng)過程的影響。同時(shí)，AZGA對F/P吸附等溫線特征更符合Freundlich模型，這進(jìn)一步驗(yàn)證了吸附以化學(xué)作用為主，AZGA對F和P的最大吸附量分別是65.07mg/g和20.76mg/g，高于大多數(shù)的其他顆粒型吸附劑。
　　3.AZGA熱力學(xué)參數(shù)分析表明其吸附為自發(fā)型吸熱反應(yīng);AZGA除F的最佳pH值為6.93，除P的最佳pH值為3;陰離子對AZGA除F除P均起抑制作用，其中PO43-對除F抑制最大，SiO32-對除P抑制最大

5、，其干擾作用主要?dú)w結(jié)于陰離子之間的競爭吸附作用;Ca、Mg等陽離子則均可通過架橋作用來促進(jìn)F、P的吸附。
　　4.AZGA除F的動(dòng)態(tài)過柱及再生實(shí)驗(yàn)表明:最佳再生濃度為0.3mol/LNaOH，循環(huán)五次后吸附效果仍可達(dá)到首次吸附的71.34％;當(dāng)過柱體積達(dá)到808BV時(shí)，出水F-濃度為0.997mg/L，且再生過柱體積可達(dá)704BV，相比初次吸附，過柱體積降低了12.87％，吸附容量下降了16.6％。
　　5.AZGA除P的動(dòng)

6、態(tài)過柱及再生實(shí)驗(yàn)表明:最佳再生濃度為0.3mol/LNaOH，五次循環(huán)再生后吸附效果仍可達(dá)到首次吸附的77.8％;當(dāng)過柱體積達(dá)到時(shí)，初次過柱吸附時(shí)出水P濃度超出國家一級(jí)A與一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的過柱體積分別為584BV、780BV，且動(dòng)態(tài)再生后的過柱體積分別為504BV、636BV，對比再生過柱前后，過柱體積降低了18.5％，吸附容量下降了23.7％。
　　6.對AZGA吸附F、P前后的樣品進(jìn)行SEM-EDS、Mapping、FTIR、X