镧负载稻壳基生物炭除磷性能研究

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为防治水体富营养化造成的水质污染,并充分利用稻壳这种农业废弃物,达到“以废治废”的绿色循环理念。本文通过采用CO2活化+NaOH碱煮的方法,制备出比表面积大、介孔数量丰富、性能良好的稻壳基生物炭(RHC、RHC3、RHC9)作为载体,并通过共沉淀法将La(OH)3负载到稻壳炭上,制备出三种吸附除磷效果较好的复合吸附剂(RHC-La、RHC3-La、RHC9-La)。采用多种分析手段对镧负载稻壳基生物炭的理化性质进行了表征研究,研究了初始磷浓度、温度、pH、共存离子等对吸附除磷效果的影响,并进一步分析其主要的除磷反应机理。采用这种制备工艺,制得的稻壳基生物炭的孔径主要分布在2-6nm之间,为典型的介孔材料,经碱煮过的生物炭相比未碱煮的比表面积增大,可高达603.61 m2/g,且负载的镧从无定形状态转变为棒状的La(OH)3晶体,镧的负载量分别为12.0%、12.6%和12.9%。随着碱煮时间的增大,RHC-La、RHC3-La、RHC9-La三种复合吸附剂的金属稳定性逐渐增大,在pH=3.0-9.0范围内,均能有效去除磷酸盐且基本无金属La3+的析出。吸附过程符合Langmuir吸附等温模型(R2=0.99),RHC-La、RHC3-La、RHC9-La的最大吸附量分别为41.32mg/g、43.29mg/g、46.51mg/g,反应动力学符合二级动力学模型(R2=0.999)。热力学研究表明镧负载稻壳基生物炭对磷酸盐的吸附为自发吸热过程。常见的共存离子SO42-对镧负载稻壳基生物炭的除磷过程影响较小,而HCO3-和F-的影响较为显著。镧负载稻壳基生物炭对磷酸盐的去除主要包括静电引力、配位体交换等机制。镧负载稻壳基生物炭经实验证明是一种选择性强、高效的除磷吸附剂,可以实现废水中磷去除。
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