磁性载镧酸化蛭石的制备及其吸附除磷性能的研究

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在水环境中,当磷含量超过水体自净化限值时易引发水体富营养化,因此研究除磷方法很有必要。吸附法是常见的除磷方法,目前开发高效、易再生、可从水中快速分离的新型除磷吸附剂是废水吸附除磷方面的主要研究方向。相对传统除磷吸附剂,载镧(La)吸附材料对磷的亲和力强且对环境友好,因而成为新型除磷吸附剂的研究热点。但在实际应用中,载镧吸附材料存在回收难、镧利用率低等问题。本研究以酸活化后的蛭石为载体,采用溶剂热法引入Fe3O4赋予其磁性,沉淀法负载镧,制备了一种镧利用率高、可高效除磷及磁分离的磁性载镧酸化蛭石吸附剂(LaFeAVE)。通过吸附实验及多种表征手段对经和未经酸活化的磁性载镧蛭石吸附剂(LaFeAVE和LaFeVE)进行对比分析,以探究二者在结构及除磷性能上的差别。此外,还探究了LaFeAVE的吸附除磷机制、材料稳定性和循环再生性能。最后,对LaFeAVE进行实际废水的动态吸附研究,考察了其实际应用效果。研究结果表明:(1)酸活化提高了La在蛭石上的负载量,使LaFeAVE有更多的吸附位点,除磷能力比未改性蛭石提高了15.97倍。(2)制备LaFeAVE最佳的盐酸活化浓度为1 mol/L、m(FeCl3·6H2O)/m(VE)为1.69g/g、La3+浓度为13 mmol/L。LaFeAVE和LaFeVE均具有良好的超顺磁性。LaFeAVE在p H值为3~8时的磷去除率均在93%以上,比LaFeVE的适用范围(3~6)更宽,达到吸附平衡的时间为4 h,是LaFeVE的一半,两者均具有较强的吸附选择性。两者对磷的吸附反应自发、吸热且吸附过程均符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学吸附模型,在35℃下,LaFeAVE的理论最大饱和吸附量为40.01 mg P/g,是LaFeVE的1.3倍。沉淀、静电作用、配位体交换及球内络合反应是LaFeAVE吸附除磷的主要机制。(3)2 mol/L的NaOH溶液对LaFeAVE的解吸率达87.6%,重复再生5次后,LaFeAVE对磷的吸附容量下降了20%。LaFeAVE对实际废水的动态吸附除磷效果较好,随着重复利用的次数增多,LaFeAVE吸附除磷性能虽有一定程度的下降,但仍具有较好的吸附容量。
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