不同pH下鸟粪石-MAP-法目标产物的分析与表征

第29卷第4期2010年7月环境化学ENVIRONMENTALCHEMISTRYVo.l29,No.4July20102009年5月1日收稿.*国家高技术研究发展计划(863)项目(2006AA06Z320);国家自然科学基金(50978013);北京市属市管高等学校人才强教计划项目(PHR20100508和PHR201008372);北京市教育委员会科技发展计划面上项目(KM200910016009);北京市2009年财政科研专项经费(污水处理过程中磷回收技术研究).**通讯联系人.不同pH下鸟粪石(MAP)法目标产物的分析与表征*王崇臣郝晓地**王鹏兰荔(城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室,北京建筑工程学院,北京,100044)摘要通过XRD,IR,TGA以及元素分析等手段对不同pH条件下MAP沉淀法所获沉淀进行表征和分析.结果表明XRD和IR能定性判断沉淀中是否含有鸟粪石,而元素分析可以定量确定沉淀中鸟粪石的含量.元素分析表明,纯水实验体系获得高纯度鸟粪石(>9010%)的pH值范围为710)910,而因有钙离子等影响因素,所以用自来水作为溶剂的实验体系获得高纯度鸟粪石(>9010%)的pH范围为710)715.关键词XRD,IR,TGA,元素分析,鸟粪石1鸟粪石(MgNH4PO4#6H2O,MAP)因为能够同时去除污水中的磷酸盐和氨氮,所以鸟粪石(MAP)沉淀法回收磷受到研究人员的广泛关注,对从污水处理过程中获得鸟粪石进行了广泛研究[1)7].本文将通过X射线衍射(XRD)、红外(IR)、热分析(TGA)对不同pH值条件下用MAP沉淀法获得的目标产物中的鸟粪石进行定性分析,并用化学剖析法对其进行定量分析,同时还简单讨论pH值和Ca2+对鸟粪石形成的影响以及磷去除率和鸟粪石含量之间的矛盾关系.1实验部分111实验方法系列A:反应溶液Ñ用015L超纯水溶解510mmolNaH2PO4#2H2O;反应溶液Ò用015L超纯水溶解610mmolMgSO4#7H2O和1510mmolNH4C.l溶液Ò移入115L塑料烧杯中,再将溶液Ñ缓慢倒入烧杯,使之充分混合.混合液中初始MgBNBP比为112B3B1.用磁力搅拌器对混合溶液进行单向搅拌.从pH=710开始,用NaOH溶液(先使用过饱和NaOH溶液,之后再使用1mol#l-1NaOH溶液)以015个pH值为递增单位,调节混合溶液pH值,范围在710)1110.在室温条件下(约25e)反应一段时间后,出现白色沉淀物.反应结束后将溶液静置、陈化1h,以获得较大晶型的晶体.最后,用砂芯过滤装置过滤沉淀物,并用少量超纯水多次洗涤,以除去可能存在的可溶性杂质(如铵化合物).所得沉淀经自然干燥后,在室温(25e)下于干燥器中储存.系列B:除了以自来水代替超纯水作为溶剂外,其它操作过程均与系列A相同.所用自来水中:C(Ca2+)=2117mmol#l-1,C(Mg2+)=1134mmol#l-1.112分析方法选取鸟粪石试剂(标签纯度为9910%,美国Alfa-Aesar公司生产)作为分析参考样品.日本RigakuD/maxÓAX射线衍射仪(CuKA辐射,K=115406ÜA,连续扫描记谱,扫描起始角为10b,终止角为80b,扫描速度为3b#min-1)分析沉淀的相成分.用Spectrum100FT-IR傅立叶变换红外光谱仪在4000)400cm-1范围内记录沉淀的红外光谱(KBr压片).采用ZRY-1P热分析仪对粉末进行热分析,以10e#min-1的速度从室温升至600e,空气环境,A-Al2O3作为参比.用美国热电公司IRISAdvantage型ICP-AES测定磷的浓度,用美国戴安公司DX-120型离子色谱仪测定Mg2+、Ca2+和NH+4-N的浓度.760环境化学29卷2结果与讨论211XRD结果分析为定性确定沉淀物的主要组成物质,采用XRD对其进行分析,结果如图1所示.由图1可见,超纯水体系pH值在715)910,自来水体系pH值在710)815范围内,所得目标沉淀物晶面间距(001)、(002)衍射特征峰的2H均在20185b、33127b附近,与MgNH4PO4#6H2O物质(PDF标准卡片#15-0762)谱图的特征峰较为吻合,可说明沉淀物的主要成份为MgNH4PO4#6H2O.但是,在超纯水体系,pH915以上生成的沉淀物谱图出现了较多的噪音峰,鸟粪石的特征峰明显减弱,出现了Mg3(PO4)2#4H2O,甚至Mg(OH)2等沉淀(001)和(002)的衍射特征峰,说明这时沉淀物中不仅含有MgNH4PO4#6H2O,而且还含有Mg3(PO4)2#4H2O、Mg(OH)2等杂质,这与LeCorre等人[8]研究的XRD谱图基本一致.自来水体系中,由于钙离子的存在所引起的