水滑石对水中磷的吸附特征及影响因素研究

近年来我国大量湖泊如滇池、太湖等已进入严重的富营养化状态，而由此引发的大规模水华已成为我国各大湖泊最突出的环境问题之一。以往研究表明，磷是绝大多数湖泊和淡水体系富营养化的控制性因子，因此防止水体富营养化的关键在于控制水体中的磷含量[1]。在各种除磷方法中，吸附法以其高效低耗、工艺简单及运行可靠、快速等优点被用作单独的除磷手段或生物除磷法的必要补充，逐渐受到人们的广泛关注。因此高效磷吸附剂的选择或制备、磷吸附行为及其影响因素等方面成为吸附法除磷的研究重点[2-4]。目前主要对沸石、蛭石等粘土矿物、水体沉积物和冶金、采矿等工业废渣进行了相关的吸附研究[5-10]。其中水滑石类化合物作为一类新型有效的阴离子吸附剂在除磷中的应用研究在国内外也受到了越来越多的重视[11-13]。基于水滑石比表面积大、阴离子吸附能力强以及成本较低等优点，本试验以水滑石作为吸附剂，研究其对水溶液中磷的吸附特征，分别用Langmuir模型和Freundlich模型对其等温吸附曲线进行分析和拟合，并探讨了初始磷含量、吸附剂含量、温度和pH等因素对吸附除磷的影响，旨在考察水滑石除磷的吸附作用规律和效果，为水滑石在富营养化水体除磷工艺中的广泛应用奠定基础。1材料与方法1.1研究材料水滑石样本取自厦门某公司，为典型的镁铝碳酸根型水滑石，化学式为[Mg6Al2(OH)16CO3]·4H2O，平均粒径为15μm，储于干燥器中备用。1.2试验方法1.2.1平衡吸附准确称取一定量的水滑石样品于250mL具塞锥形瓶中，分别加入一定质量浓度的KH2PO4标准溶液100.00mL，在30℃下置于恒温振荡器中恒速振荡，转速为120r·min-1，振荡后静置、过滤，测定平衡溶液中TP含量。预试验结果表明，水滑石对磷的吸附大约在4h即已趋于平衡，为确保吸附达到平衡，等温吸附试验均采用振荡24h，再静置2h后过滤。单位吸附剂的平衡吸附量qe按式(1)计算：qe=(ρ0-ρe)/ρW。(1)式中，ρ0和ρe分别为吸附前和吸附平衡时溶液中TP的质量浓度，ρW为溶液中吸附剂的用量。1.2.2吸附时间影响准确称取(5.0000±0.0005)g水滑石样品置于水滑石对水中磷的吸附特征及影响因素研究黄中子1,2，张文启2，刘勇弟1，唐博合金2，朱勇杰2（1.华东理工大学资源与环境工程学院，上海200237；2.上海工程技术大学化学化工学院，上海201620）摘要：以水滑石作为吸附剂，研究了其对水溶液中磷的吸附特征，并探讨了吸附时间、温度和pH等因素对吸附除磷的影响。结果表明，水滑石对磷的等温吸附数据与Langmuir和Freundlich方程的拟合优度很高，当温度为30℃时水滑石对磷的饱和吸附量可高达6.1mg·g-1；水滑石对磷的吸附量在吸附初期随吸附时间急剧上升而后期趋于稳定，当初始磷的质量浓度在25～100mg·L-1时，水滑石在30min内可达吸附平衡；当磷的质量浓度小于300mg·L-1时，温度在25～45℃变化对水滑石的磷吸附量几乎无影响；pH在4～8变化对水滑石吸附磷无明显影响。水滑石具有较强的磷素吸附能力和较大的吸附容量，能有效吸附水溶液中的磷，可作为磷吸附剂用于水体富营养化控制。关键词：水滑石；磷；吸附；等温吸附中图分类号：TQ424.2文献标识码：A文章编号：1000-3770(2010)08-0049-004收稿日期：2009-11-13基金项目：上海市高校培养优秀青年教师科研专项基金资助（gjd-07015）作者简介：黄中子（1981－），女，讲师，博士研究生，研究方向为水污染控制技术；联系电话：021-67791213；E-mail：z2cyj@163.com联系作者：刘勇弟，教授，博士生导师；E-mail：ydliu@ecust.edu.cn第36卷第8期2010年8月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.36No.8Aug.,201049250mL具塞锥形瓶中，再加入100.00mL一定质量浓度的KH2PO4标准溶液，置于30℃的恒温振荡器中振荡，转速为120r·min-1，在振荡时间为5、10、15、20、30、45、60min和2、4、8、12、24h时取出样品过滤，测定滤液中的TP含量。水滑石于不同时间对磷的吸附量qt按式（2）计算：qt=(ρ0-ρt)/ρW。(2)式中，ρt为过滤后滤液中磷的质量浓度。1.2.3温度影响准确称取(5.0000±0.0005)g水滑石样品置于250mL具塞锥形瓶中，仅改变吸附反应温度，分别于25、35、45℃下进行试验，其他均同1.2.1节。1.2.4pH影响分别用1×10-3、0.1mol·L-1的H2SO4和0.1、0.2mol·L-1的KOH调节不同质量浓度的KH2PO4标准溶液的pH为4～8