多孔氧化镁与锌铝水滑石的制备及吸附除磷研究

磷是自然水体中生物和化学过程的重要营养素之一。大量的磷酸盐随着生活污水、工业废水以及农药化肥的排放与流失进入水体,导致水环境生态平衡的破坏,引起水体富营养化。目前,已有各种物理化学技术(石灰,铝盐和铁盐的化学沉淀法；结晶；电化学；反渗透；离子交换)和生物处理方法(phostrip侧流除磷；A/O; A2/O; Bardenpho; SBR等主流除磷工艺)应用于水体除磷；而吸附处理技术具有占地面积小、工艺简单、无二次污染等优点,并可用于收集和回收磷,因而对于水体中磷的处理和资源化利用具有重要意义。 本论文以无机多孔材料为导向,通过简便易行的方法,制备了多孔金属氧化物和水滑石材料,分别探讨了其作为水中除磷吸附剂的性能。首先,以聚苯乙烯磺酸钠(sodium poly(4-styrenesulfonate),简称PSS)作为结构导向剂,通过简单的沉淀反应和煅烧处理,制备出了多孔氧化镁微球材料。通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),氮气吸附-脱附等温装置,傅立叶变换红外光谱(FT-IR)对制得的样品进行了表征。PSS对氧化镁微球的形成具有关键作用,PSS的存在使得氧化镁由无规则聚集的纳米颗粒向微球状转变,在微球表面存在三个级别的孔结构：小介孔(约2-5 nm)、大介孔(约10-50 nm)、大孔(50-250nm)。并对所制得的样品进行了水中磷酸盐的静态吸附实验研究,结果表明,随着吸附时间的延长,氧化镁对磷的吸附量逐渐增大,当吸附时间为24h时基本上达到吸附平衡,准二级动力学方程和颗粒内扩散模型都能很好地描述吸附动力学过程。Langmuir模型能更好地描述其吸附等温曲线,在纯水中及浓度为1.0 g.L-1PSS下制得的氧化镁样品对磷酸盐的吸附容量分别为3.17 mg-g-1和75.13mg·g-1。吸附性能的显著提高是由于制得的多孔氧化镁样品具有独特的分等级多孔结构和高的比表面积。 然后,以尿素水解的均匀共沉淀法合成了锌铝水滑石(Zn-Al LDHs)。通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),氮气吸附-脱附等温装置,傅立叶变换红外光谱(FT-IR)对制得的样品进行了表征,并对锌铝水滑石及其焙烧物进行了磷酸盐的吸附实验研究。尿素浓度和晶化时间对LDHs的形貌有很大的影响。随着尿素浓度的变化,水滑石的形貌由最先堆叠在一起的纳米片,逐步演变成片状聚集体,接着又演变成实心微球,最后演变成中空的微球。吸附实验表明,准二级动力学方程和颗粒内扩散模型能够很好地描述其吸附动力学过程。吸附等温线与Langmuir模型表现出更好的相关性,在尿素浓度为0.4 M,晶化时间为36 h下制得的锌铝水滑石焙烧物(LDOs)比未焙烧的产物(LDHs)且有更高的吸附量,其饱和磷酸盐吸附量高达232.02 mg·g-1,与其独特的孔结构和高比表面积有关。因此,两种多孔材料有望作为一种有效的的吸附剂应用于溶液中磷酸盐的去除。