（市政工程专业论文）石英砂负载氧化铁（IOCS）吸附去除锑、磷研究.pdf

摘要 研究采用铁盐溶液蒸发法在石英砂上负载氧化铁颗粒( i r o no x i d ec o a t e ds a n d ， 简称m c s ) ，通过s e m e d a x ，x r d ，f t i r 以及表面分析仪对i o c s 进行表征， 表征结果表明：负载氧化铁的粒径为1 0 0 n m 左右，其表面孔径及孔隙率分别为 2 1 0 4 m 9 1 0 母m 及0 1 1 ，i o c s 的比表面积为原砂的5 倍；i o c s 表面氧化铁 的晶型为赤铁矿( 伍一f e 2 0 3 ) ，f t i r 谱线在3 4 3 9 c m 一、1 6 3 0 e m 一、1 0 6 7c m 一、5 3 7 c m 1 出现了吸收峰，分别代表氧化铁表面的o h 、水分子，f e o h 基团、f e o 键。 通过小试摇床实验和中试柱子实验考察了i o c s 在不同条件下吸附除锑、磷的 效果，研究结果表明：与原砂相比，i o c s 对锑、磷的去除率明显增加。p h 值对 锑的去除影响较小，在p h = 4 o 9 0 的范围内，i o c s 对锑的去除率都在9 5 以 上，p h 值对磷的去除影响较大，中性条件下效果最佳，去除率为8 8 ，在碱性 范围内去除率最低。研究所试的竞争离子( n 0 3 。，c i ，m n ”，c u 2 + ) 对i o c s 吸 附锑的去除率，吸附容量以及吸附动力学几乎没有影响；阴离子n 0 3 ，c i ，a c 。 对i o c s 除磷吸附容量和吸附速率影响不大，以阳离子c a ”，m 9 2 + 为背景离子时， 可略微提高i o c s 的除磷吸附容量，但吸附速率几乎没有变化；而以s b ”为背景 离子时，其对i o c s 除磷的吸附容量明显降低，产生了竞争吸附。随着反应温度 的提高，i o c s 除锑、磷的饱和吸附容量以及吸附反应速率随之增加，三种实验 温度条件下( 2 8 3 k ，2 9 3 k ，3 1 3 k ) i o c s 除锑、磷的等温吸附可用l a n g m u i r 等温吸 附模型来描述，吸附动力学可分别用二级反应动力学模型和准二级反应动力学模 型进行拟合。i o c s 吸附柱除锑、磷的穿透曲线属于逻辑斯特曲线形式；随着e b c t 的增加，出水达到泄漏浓度时，水的处理量也随之增加；i o c s 表面锑、磷含量 随着吸附床深度的增加逐渐降低，且大部分锑、磷吸附在吸附柱上层。采用 0 1 m o l l 的n a o h 可再生6 0 n 左右的i o c s 吸附容量，并且再生三次后对吸附容 量的减少较小。 热动力学研究表明i o c s 吸附锑、磷是自发的吸热反应，随着温度升高，4 g o 减小，说明反应在高温下更易于进行。三种温度下( 2 8 3 k ，2 9 3 k ，3 1 3 k ) i o c s 吸附锑、磷的平均吸附能都大于8 k j t o o l ，说明i o c s 吸附锑、磷的过程属于化学 吸附。吸附扩散过程的研究表明，i o c s 吸附锑、磷的过程包括膜扩散和颗粒扩 散两种类型，且膜扩散对吸附速率起控制作用，随着反应温度的升高，边界层对 总吸附速率的影响增大，颗粒扩散包括表面扩散和孔隙扩散，且两者扩散率均为 l o 1 2 级。x r d 和f t i r 检测结果表明氧化铁晶型在吸附锑、磷后未发生改变；吸 石英砂负载氧化铁( i o c s ) 吸附去除锑、磺研究 附后i o c s 表面f e o h 键对应的特征峰消失，说明f e o h 键参与了吸附反应。 x p s 检测结果表明：i o c s 吸附锑的过程中，氧化铁中氧所带的负电荷与吸附 前相比减少，氧作为一个电子供体，起到了l e w i s 碱的作用。铁所带的正电荷较 未吸附时有所降低铁原子作为一个电子受体，起到了l e w i s 酸的作用。i o c s 吸附磷后。氧化铁中氧原子和铁原子的表面电荷平均值几乎没有发生改变。价带 谱研究表明；氧化铁与锑之间的结合键强度较氧化铁与磷之间的结合键强度高。 x p s 表面溅射结果表明；锑与磷相比能与表层下更深层的氧化铁发生反应 i o c s 作为吸附剂用作水与废水中锑与磷的去除有着潜在的应用前景 关键词：氧化铁；负载砂；吸附；解吸：锑；磷；热动力学；扩散； a b s t r a c t i r o no x i d ec o a t e ds a n d ( i o c s ) s y n t h e s i z e db yh e a t i n gi r o ns a l ts o l u t i o nw a s c h a r a c t e r i z e dt h r o u g hs e m e d a x ，x r d ，f t i ra n ds u r f a c ea n a l y z e r i tw a sf o u n d t h a tt h ep a r t i c l es i z e ，t h ep o r ed i a m e t e r , a n dt h ep a r t i c l ep o r o s i t yo ft h ei r o no x i d e w e r ea b o u t1 0 0 n m ，2 x l o 9 m 9 1 0 一m ，a n do 1 1 ，r e s p e c t i v e l y t h eb e ts p e c i a l s u r f a c ea r e ao fi o c sw a s5t i m e st h a to fu n c o a t e ds a n d t h ed o m i n a t ep h a s eo fi r o n o x i d e0 ni o c sw a sh e m a t i t e ( 弘f e 2 0 3 ) o i fg r o u p s ，w a t e rm o l e c u l e ，f e o ha n d f e 0b a n dw e r ea l s oi d e n t i f i e do nf t i rs p e c t r aa t3 4 3 9c m ，1 6 3 0 c m 一，1 0 6 7c m 1 a n d 5 3 7c m 1 ，r e s p e c t i v e l y a d s o r p t i o no fa n t i m o n ya n dp h o s p h a t eo ni o c sw e r ep e r f o r m e db yb a t c h e x p e r i m e n t sa n dp i l o tc o l u m ne x p e r i m e n t su n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n s s i g n i f i c a n t l y i m p r o v i n ga d s o r p t i v er e m o v a lo f s ba n dpo ni o c sw e r eo b s e r v e di n b a t c h e x p e r i m e n t sc o m p a r e dw i t ht h a to nr a wq u a r t zs a n d t h er e m o v a le f f i c i e n c yo f s bw a s i n d e p e n d e n to fp hi nt h er a n g eo f4 - 9a n dc o u l db eu pt o9 5 ，w h i l er e m o v a l e f f i c i e n c yo fpw a sd e p e n d e n to np hw i t ht h eh i g h e s tr e m o v a le f f i c i e n c y ( 8 8 ) a c h i e v e da tn e u t r a ls o l u t i o n ，a n dt h el o w e s tr e m o v a le f f i c i e n c y ( 3 2 ) a p p e a r e du n d e r b a s i cc o n d i t i o n c o m p e t i t i v ei o n so fn 0 3 ，c i ，m n ”，c u 2 + h a dl i t t l ee f f e c t so nt h e a d s o r p t i v ee f f i c i e n c y ，c a p a c i t ya n dr a t eo f s bo nt h ei o c s t h es a m ec o m p e t i t i v ei o n s h a dt h es a m ee f f e c t sf o rpa sd i df o rs bo ni o c s h o w e v e r ，w h e ns bw a sa s c o m p e t i t i v ei o n ，c o m p e t i t i v ea d s o r p t i o no c c u r r e da n dt h ea d s o r p t i v ee f f i c i e n c y ， c a p a c i t ya n dr a t eo fpw e r er e d u c e d u n d e rt h r e ed i f f e r e n tt e s tt e m p e r a t u r e so f ( 2 8 3 k ， 2 9 3 k ，a n d3 1 3 k ) ，t h ea d s o r p t i v ec a p a c i t ya n dr a t eo fs ba n dpw e r ei n c r e a s e da s t e m p e r a t u r ei n c r e a s e d t h ei s o t h e r m a ld a t af o rb o t hs ba n dpw e r ew e l lf i t t e dt ot h e l a n g m u i ra d s o r p t i o ni s o t h e r m ，a n dt h ek i n e t i cd a t af o rs ba n dpc o u l db ew e l l d e s c r i b e du s i n gt h es e c o n do r d e rr a t em o d e la n dt h ep s e u d o s e c o n do r d e rr a t em o d e l ， r e s p e c t i v e l y e x p e r i m e n t a lb r e a k t h r o u g hc u r v e sf o rs ba n dpa d s o r b i n gi ni o c s p a c k e dc o l u m n sb e l o n g e dt ol o g i s t i cc u r v e s t h ev o l u m eo ft r e a t e dw a t e ri n c r e a s e d w i t ht h ei n c r e a s eo fe b c tw h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fe f f l u e n tr e a c h e st h el i m i t i n g p e r m i s s i b l ec o n c e n t r a t i o n t h eq u a n t i t i e so fs ba n dpa d s o r b e do ni o c sw e r e d e c r e a s e dw i t ht h ed e p t hi n c r e a s i n g ，a n dam a j o r i t yo fa d s o r b e ds ba n dpw e r ew i t h i n 10 c mo ft h eu p p e rc o l u m n a d s o r p t i v i t yo fi o c sc o u l db er e c o v e r e db y6 0 w h e n u s i n g0 1m o l ln a o ht or e g e n e r a t e ，a n dt h er e u s e r e g e n e r a t i o nt h r e et i m e sh a dl i t t l e i v 石英砂负载氧化铁( i o c s ) 吸附去除锑，磷研究 e f f e c to nt h er e c o v e r e di o c sa d s o r p t i o nc a p a c i t y t h e r m o d y n a m i ci n v e s t i g a t i o n ss h o w e dt h a t agw a sn e g a t i v ea n di t sa b s o l u t e v a l u ed e c r e a s e dw i t hi n c r e a s eo f t e m p e r a t u r e , s u g g e s t i n gt h a tt h ea d s o r p t i o no f s ba n d po ni o c sw e r es p o n t a n e o u sa n de n d o t h e r m i c t h ea v e r a g ea d s o r p t i o ne n e r g yo f s b a n dpu n d e rt h r e et e s tt e m p e r a t u r e s ( 2 8 3 k ，2 9 3 k ，a n d313 k ) i sl a r g e rt h a n8 1 d m o i ， i n d i c a t i n gt h ea d s o r p t i o n c a nb ec l a s s i f i e di n t oc h e m i c a la d s o r p t i o n a d s o r p t i o n p r o c e s so fs ba n dpo n1 0 c si n c l u d ef i l md i f f u s i o na n dp a r t i c l ed i f f u s i o n t h ef i l m d i f f u s i o ng o v e r n e dt h eo v e r a l lr a t e ，a n dt h eg o v e r n a n c ec o u l db ee l e v a t e db y t e m p e r a t u r ei n c r e a s e f u r t h e r ，t h ep a r t i c l e d i f f u s i o ni n c l u d es u r f a c ea n dp o r e d i f f u s i o na n dt h eb m hd i f f u s i v i t i e sw e r eo ft h es a m e1 0 “o r d e ro fm a g n i t u d e t h e x r da n df t i rr e s u l t ss h o wt h a tt h ea d s o r p t i o no f s ba n dpo ni o c sd o e sn o th a v e s i g n i f i c a n ti n f l u e n c ei n m i n e r a li d e n t i t yo fi r o no x i d eo ni o c s ，d i s a p p e a r a n c eo f f e o hb a n da t10 6 7 c m s u g g e s t e dt h a tt h ef e o hb a n dw a si n v o l v e di nt h e a d s o r p t i o no fs ba n dp ， t h ex p sr e s u l t ss u g g e s tt h a to ni o c ss u r f a c ea f t e ra d s o r p t i o no fs b ，t h eo x y g e n w h i c ht e n d e dt od o n a t ee l e c t r o n sf u n c t i o n e da sl e w i sb a s e ，w h i l ei r o na n da n t i m o n y w h i c ht e n d e dt oa c c e p te l e c t r o n sf u n c t i o n e da sl e w i sa c i d h o w e v e r ，t h ea d s o r p t i o n b e t w e e nt h ei o c sa n dp h o s p h a t ed o e sn o ti n v o l v en o t i c e a b l ee l e c t r o nt r a n s f e r t h e s t r e n g t ho f b a n db e t w e e ns ba n di o c si ss t r o n g e rt h a nt h a tb e t w e e npa n di o c s t h e x p ss p u t t e r i n gr e s u l t sf u r t h e rs u g g e s tt h a ta n t i m o n yc o u l dp e n e t r a t ed e e p e rt oi n t e r a c t w i t hi r o no x i d em o l e c u l e st h a np h o s p h a t e ， k e y w o r d s ：i r o no x i d e ；c o a t e ds a n d ；a d s o r p t i o n ；d e s o r p t i o n ；a n t i m o n y ；p h o s p h a t e ； t h e r m o d y n a m i c ；d i f f u s i o n v 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：许幻罱 日期：如年，月步日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名：蕲易眉作者签名：钟如伯 导师签名：够闳 日期：一6 年if 月，歹日 日期：2 6 d 6 年1 1 月，f 日 博士学位论立 1 1 我国水污染概况 第1 章绪论 随着我国工业化进程的加快以及城市化水平的迅速提高，水污染问题日显严 重【l - 。根据2 0 0 5 年中国环境状况公报1 2 】，2 0 0 5 年废水排放量为5 2 4 5 亿吨，其中 工业废水排放量为2 4 3 1 亿吨，生活污水排放量为2 8 1 4 亿吨化学需氧量排放 量为1 4 1 4 2 万吨，其中工业排放量为5 5 4 8 万吨，生活排放量为8 5 9 4 万吨；氨 氮排放量为1 4 9 8 万吨，其中工业排放量为5 2 5 万吨，生活排放量为9 7 3 万吨。 2 0 0 5 年，我国七大水系的4 “个水质监测断面中，i m 类、v 类和劣 v 类水质的断面比例分别为z4 1 、3 2 和2 7 ，图1 1 和图1 2 。 图i 12 0 0 5 年七大水系水质类别比例 图1 22 0 0 5 年七大水系水质类别比例比较 石英砂负载氧化铁( i o c s ) 吸附去除锑、磷研究 其中七大水系中的长江水系属轻度污染，1 0 4 个水质监测断面中，i m 类、 v 类和劣v 类水质的断面比例分别为：7 6 、1 3 和1 1 ，主要污染指标为 石油类、氨氮和五日生化需氧量；黄河水系属中度污染，4 4 个水质监测断面中， i 类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为：3 4 、4 1 和2 5 。主要 污染指标为石油类、氨氮和五日生化需氧量；珠江水系总体水质良好，3 3 个水质 监测断面中，i 类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为：7 6 、1 8 和6 ，主要污染指标为石油类、五日生化需氧量和氨氮；松花江水系属轻度污 染，4 2 个水质监测断面中，i i 类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为： 2 4 、5 7 和1 9 ，主要污染指标为高锰酸盐指数、石油类和氨氮；淮河水系属 中度污染，8 6 个水质监测断面中，i 类、v 类和劣v 类水质的断面比例 分别为：1 7 、5 l 和3 2 ，主要污染指标为石油类、五日生化需氧量、高锰酸 盐指数和氨氮；海河水系属重度污染，6 5 个水质监测断面中，i 类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为：2 2 、2 4 和5 4 ，主要污染指标为氨氮、 五日生化需氧量和石油类；辽河水系属重度污染，3 7 个水质监测断面中，i 类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为：3 0 、3 0 和4 0 ，主要污染指 标为氨氮、高锰酸盐指数和石油类。 2 0 0 5 年监测的2 8 个重点湖库中，满足类水质的湖库2 个，占7 ；类水 质的湖库6 个，占2 1 ；类水质的湖库3 个，占l l ；v 类水质湖库5 个，占 1 8 ：劣v 类水质湖库1 2 个，占4 3 。其中“三湖”( 太湖、巢湖、滇池) 水质 均为劣v 类。主要污染指标是总氮和总磷。 2 0 0 5 年，全国1 6 0 个城市中，与上年相比，地下水污染减轻的有1 4 个，污染 加重的2 1 个，水质稳定的1 2 3 个。总体看，中国主要城市和地区的地下水水质受 人为活动影响较大，硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、氯化物等组分的含量普遍升高。 综上所述，目前我国的水污染问题越来越突出，表现为污水处理设施明显不 足，江、河、湖、库、近海海域普遍污染，水质富营养化问题目益突出，由此导 致水资源可利用率不断降低，供需矛盾进一步加强。缺水和水污染已经成为我国 经济可持续发展的重要制约因素，不但造成了巨大的经济损失和严重的生态环境 破坏，使生产、生活的供水安全性和水质水量得不到有效保证，而且对人民群众 的基本生存条件构成严重的危害。 1 2 锑污染的研究概况 锑( a n t i m o n y ，s b ) 的元素符号s b 来源于拉丁文s t i b i u m ，其原子序数5 1 ，原 子量为1 2 1 7 5 ，其氧化态主要有3 ，+ 3 ，+ 4 以及+ 5 价，主要存在于自然界的含锑矿 物中，如辉锑矿( s b x s 3 ) ，锑华矿( 8 b 2 0 3 ) 等。锑在地壳中含量约占0 0 0 0 0 2 。锑 是一种银白色的有光泽的脆性金属，导热导电性能不高，广泛应用于半导体合金、 2 博士学位论文 电池、润滑剂、弹药、电缆包皮、防火材料，制陶、玻璃、商业印刷浇铸、焊接 合金和焰火等工业领域。 1 2 1 水污染中锑的主要来源及其存在状态 锑污染主要存在于大气，土壤以及水体，通常环境空气中锑的含量在l 1 7 0 n g m 3 的范围内，但是在锑矿开采场以及含锑化合物的制造工厂周围空气中锑 的含量可能超过1 0 0 0 n g m 3 ，在焚烧炉以及燃煤所排放的废气中锑的含量超过 2 7 0 u g g 【3 】。通过降雨过程，大部分空气中的锑会随着径流进入地表水体以及土壤， 含锑工业废水的排放，锑矿的开采和冶炼过程中排放的“三废”，垃圾填埋场的渗滤 液以及含锑岩石的水蚀和风化是造成锑的水体污染的重要原因。 锑主要以无机和有机两种形式存在f 4 1 ，主要存在形式有氧化物( s b 2 0 3 ，s b 2 0 4 ， s b 2 0 5 ) ，氟化物( s b f 3 ，s b f 5 ) ，氯化物( s b c l 3 ，s b c l 5 ) ，硫化物( s b 2 s 3 ，s b 2 s 5 ) ， 氢化物( s b h 3 ) 以及有机化合物( k s b o c 4 h 4 0 6 ，n a s b o c 4 t h 0 6 ) 等。 锑的价态在自然界中主要以s b 3 + 、s b “和s b 3 - 的形式存在。其中负三价的氢化 物在自然界中不稳定，易氧化分解成金属和水，而s b 3 + 和s b 5 + 化合物较稳定。 锑在水溶液中主要以三价和五价形式存在，这两种价态的锑在水溶液中并不 是简单的阳离子形式，有关锑离子在水溶液中的存在形式，目前学术界较为一致是 看法可归纳为【5 ，6 】： 1 、三价锑在较宽的p h 值范围内( p h = 2 1 0 ) 以中性分子( s b ( o h ) 3 、s b o ( o h ) 和h s b 0 2 ) 形式存在；在强酸性条件下以s b o + 或s b ( o h ) 2 + 形式存在；在强碱性 条件下以s b 0 2 - 或s b ( o h ) 4 - 形式存在；游离的s b 3 + 只可能存在于极端酸性的环境 中。 2 、五价锑在弱酸、中性和碱性范围内以s b ( o h ) 6 一或s b 0 3 一的形式存在；强酸 条件下的存在形式为s b 0 2 + 锑除了在水中水解形成羟基配合物外，它还能与许多其它的配体形成配合物， 如：锑和a 一羟基有机酸( 柠檬酸，酒石酸等) 易形成溶解的配合物【5 】，除此之 外，锑也能与e d t a 形成较不稳定的配合物，该配合物在酒石酸或氢氟酸( h f ) 存在的条件下易分解。 1 2 2 锑的毒理学性质和环境标准 锑及其化合物能与人体内巯基结合，干扰酶的活性或破坏细胞内离子平衡使细 胞缺氧，从而引起体内代谢紊乱，导致神经系统和其它器官的损害。吸入过量的 锑可引起急性中毒，其特点是发病急、呕吐不止、体温下降，达致命量时数天内 甚至几个小时内丧命一般而言，锑中毒是慢性的，其症状为：咽喉发干、呕吐、 恶心、四肢无力、食欲减退、头昏等，到目前为止，人们普遍认为锑化合物的毒性 比砷化合物的毒性低，但其毒性也不容忽视1 7 , 8 1 。锑的毒性与其化合物种类以及锑 石英砂负载氧化铁( i o c s ) 吸附去除锑、磷研究 的价态有很大的关系。有文献提出1 6 ，锑及其化合物的毒性顺序为：锑化氢 溶 解性锑化合物( 如酒石酸锑钾) 金属锑 锑的硫化物 锑的氧化物。无机锑的 毒性比有机锑的毒性高，s b ( h i ) 的毒性大约是s b ( v ) 的毒性1 0 倍。实验室研究表 明：高剂量的锑可以令小白鼠、兔子以及小猪致死，对于这些动物的肺、心脏、 肝脏以及肾脏都有不同程度的损害 9 1 。基于锑的毒性，欧盟和美国环保局 ( u s e p a ) 分别于1 9 7 6 年和1 9 7 9 年将锑列为优先控制污染物，日本环卫厅也 将其列为密切关注污染物，世界上许多国家对锑都制定了严格的环境标准【1 0 】，如： 欧洲共同体委员会于1 9 8 0 年确定了饮用水中的最大允许s b 的浓度水平为 l o i x g l ! 】，而在1 9 9 8 年该委员会又将其设定为5 1 a g l 1 ”美国环保局将饮用水中 锑的最高指标值定为6 i j t g l 1 3 l ，日本制定的最大允许浓度为2 1 x g l l ，我国地 表水环境质量标准和生活饮用水卫生规范中也将锑的限定浓度定为5 1 t g l 。 1 2 3 锑污染的控制方法 因为锑( s b ( ) 或s b ( v ) ) 的简单离子在弱酸至中性的介质中易水解生 成沉淀，所以在天然水体中的锑浓度极低，平均约为o 2 1 t g l ，一般不超过 0 3 0 1 a g l 。锑的污染主要存在于选矿、冶金、电镀、制药、铅字印刷、皮革等行 业排放的废水以及由此所导致的水源、土壤等的污染【8 】。 目前去除水溶液中锑的方法主要包括氧化还原、混凝沉淀，形成挥发性s b 化 合物( 如h 3 s b ) ，溶剂萃取，离子交换以及吸附等。本文主要对吸附法，混凝沉 淀法，离子交换法以及溶剂萃取法的相关研究综述如下。 1 2 3 1 吸附法除锑 ( 1 ) 无机矿物对锑的吸附 无机矿物广泛存在于自然界中，它们包括针铁矿( f e o ( o h ) ) ，赤铁矿( a f e 2 0 3 ) ， 二氧化硅，伊利石，蒙脱石，高岭石，氧化铝，磷灰石，沸石，膨润土等。这些 矿物常具有吸附水溶液中有毒金属物质如：f e ( i i ) ，z n ( i i ) ，c o ( i i ) ，n i ( i i ) ，c d ( i i ) ， c u o i ) ，p b ( i i ) ，c r ( v i ) 等的良好性能，而它们对锑的吸附性能也得到了广泛深入 的研究。 a n a 等【l5 】用羟基磷灰石粉末对锑进行吸附研究，实验结果表明：羟基磷灰石对 s b ( ) 的吸附符合l a n g m u i r 方程，其饱和吸附容量r 。“= 6 7 + 0 1 1 0 m o l m 2 , p h 值在5 1 0 的范围内对该吸附反应几乎没有影响。 s y e d 等i l6 j 用h a r o 河( 巴基斯坦) 中的砂子( 主要成分为s i 0 2 和c a c 0 3 ) 对 s b ( v ) 进行吸附去除，也取得了较好的效果，该河砂对s b ( v ) 的吸附容量用 d r 模型计算为1 6 7 1 u m o l g 。同时，该文作者还发现：e d t a 、柠檬酸盐，亚硫 酸盐、碘化物、酒石酸盐、氟化物等可非常明显的减少该砂对s b ( v ) 的吸附， 而a i ( h i ) 和p b ( i i ) 则明显增加了该砂对s b ( v ) 的吸附。 4 博士学位论文 t h a n a b a l a s i n g a m 等【1 7 】应用水合氧化锰( m n o o h ) ，水合氧化铝( a i ( o h ) 3 ) 和水合氧化铁( f e ( o h ) 3 ) 进行除s b ( 1 1 1 ) 的研究，发现这些水合氧化物对痕量的 s b ( ) 的去除非常有效，在p h = 6 7 的范围内，吸附容量大小顺序为：m n o o h a i ( o h ) 3 f e ( o h ) 3 。 x u 等 1 8 , 1 9 | 用商业活性氧化铝作吸附剂，发现它对s b ( v ) 有非常好的吸附性 能。吸附的最佳p h 为2 8 4 3 ，耗竭的活性氧化铝可以用5 0 m m o l l 的氢氧化钠 溶液再生。该实验还发现硝酸盐、氯化物、亚砷酸盐对吸附影响很小，砷酸盐、 e d t a ，酒石酸盐，硫酸盐可以显著降低其吸附性能。x u 等推测，活性氧化铝对 s b ( v ) 以静电吸附和化学吸附为主。 吴旭等【2 0 l 研究了纳米二氧化钛对s b ( ) 和s b ( v ) 的吸附性能，结果表明： 纳米二氧化钛对两者均具有良好的吸附性能，它对s b ( ) 和s b ( v ) 的饱和 吸附容量分别为1 1 3m g g 和1 1 1m g g 。研究还发现p h 值在1 l o 范围内对纳 米二氧化钛吸附s b ( m ) 和s b ( v ) 没有影响。 ( 2 ) 活性炭对锑的吸附 活性炭在有机物和金属的去除领域有广泛应用，但应用活性炭除锑的研究报 道较为少见。n a v a r r o 等【2 1 】研究了活性炭对铜电解液中的s b 进行吸附的性能，结 果显示：在锑浓度为4 4 0 m g l 的条件下，活性炭对锑的吸附量可达9 2 m g g ，该文 作者用2 0 0 9 l ( 约2 m o l l ) 的h 2 s 0 4 作解吸剂，当活性炭的吸附量为1 0 m g s b g 时， 其最大解吸率为4 8 。同时，实验还发现，锑在活性炭上的吸附为放热反应，随 着温度的增加，活性炭的锑吸附容量略有降低，而解吸率略有提高。 ( 3 ) 有机吸附剂对锑的吸附 天然有机吸附剂包括纤维素、几丁质、壳聚糖、淀粉、谷壳灰等。但吸附锑 的有机试剂一般为改性吸附剂，因为改性吸附剂不仅有较大的比表面积，而且具 有能与锑发生反应的活化基团，从而有足够的锑吸附能力。 d e o r k a r 等【2 2 】研究了含l ，2 ，3 苯三酚( 作为络合部分) 的化学活化吸附剂 i c a a p p g 对锑的吸附后指出，i c a a p p g 在p h 为l 1 0 的范围内均对s b ( ) 有 很高的吸附率。当进水浓度为1 9 2 8 m g l 时，根据泄漏曲线计算确定其泄漏时( 出 水锑浓度 2 m g l ) 的吸附容量为2 1 6 m g g ；其耗竭时的吸附容量为4 3 1 m g g 。对 吸附一定量锑的i c a a p p g 用不同的解吸剂进行解吸的结果列于表1 1 。进一步的 研究表明，i c a a p p g 的吸附稳定性非常好：经1 0 次吸附一解吸循环后，其泄漏 时的吸附容量仍为1 9 6m g g 。 y u 2 3 】研究了锑在巯基棉纤维上的吸附后指出，锑在巯基棉纤维上的吸附容量 除受溶液条件的影响外主要取决于该纤维上的巯基含量。在巯基含量( 质量比) 为l 和0 1 m o l l 盐酸的条件下，巯基棉纤维对锑的饱和吸附量为l o 1 4 m g g 。作 者用6 m o l l 的盐酸作解吸剂取得了很好的解吸效果。 石英砂负载辛【化铁( i o c s ) 吸附去除锑、磷研究 表1 1 不同解吸剂对i c a a p p g 上锑的解吸效果 s h i y a | ”】采用膜滤的方式考察了亚氨二醋酸螯合多孔中空纤维膜对锑的吸附 性能。根据锑的泄漏曲线，作者计算出该中空纤维膜对锑的吸附容量约为1 5 m g g ， 在中空纤维膜上吸附的锑可通过2 m o l l 的盐酸完全洗脱下来，三次吸附一洗脱循 环后，其对锑的吸附和解吸性能均无明显变差现象。 n a s i r 等【25 】研究了谷壳灰对锑的吸附行为，并考察了背景电解质强度，平衡时 间，p h ，吸附剂含量，初始浓度，反号离子以及温度对吸附效果的影响，研究结 果表明：在酸度为0 0 1 m o l l 的情况下，1 9 吸附剂可以吸附1 9 2 1 0 - s m o l l 的锑， 等温吸附实验数据符合f r e u n d l i c h 等温吸附模型，并且吸附含量随温度的升高而升 高。 ( 4 ) 各种吸附剂的比较分析 有机吸附剂，活性炭及部分无机矿物的吸附和解吸性能见表1 2 。对吸附容量 而言，无机矿物吸附剂 有机吸附剂 活性炭：对吸附剂的解吸( 洗脱) 性能而 言，无机矿物吸附剂 a s ( v ) f e ( i i i ) ，萃取速率与萃取温度，萃取剂含量，盐酸浓度，萃取时 间有关，萃取液中锑采用n a r i s 回收，锑与n a r i s 生成s b 2 s 3 沉淀。m o k 等人【3 2 1 为测 定自然原水中微量锑，采用有机萃取剂a p c d t 在p h = 1 1 5 的条件下萃取富集原 水中的锑，然后萃取液通过硝酸反向萃取以测定锑浓度，萃取液中锑的浓度可达 3 0 u g l 以上。 随着锑在许多工业领域的广泛应用和环境中锑污染的日益严重，锑的毒理学 性质、在环境中的行为以及锑的去除和回收方法也受到人们的广泛关注。比较以 上几种处理方法，混凝沉淀法需投加大量铁盐混凝剂，提高了制水成本以及污泥 处理费用，并且会导致出水色度的增加，离子交换以及溶剂萃取法处理成本较高， 特别是溶剂萃取法，加入大量有机溶剂，若处理不当，极易造成环境的二次污染。 吸附法是重金属废水处理中最常用的方法之一，其处理工艺简单，但是目前常用 的吸附剂多为粉末态，虽然增加了吸附剂的比表面积，但是固液分离以及再生问 题是限制其实际应用的瓶颈，有机吸附剂制作工艺复杂，引入硫基，氨基等鳌合 基团，易产生对环境的二次污染，因此，大颗粒固体无机吸附剂的研究应用对于 重金属废水的治理具有十分现实的意义。 1 3 磷污染的研究概况 1 3 1 废水中磷的主要来源及其存在状态 城市污水中的磷主要来自生活污水以及部分含磷废水，其中含磷废水主要来 源于各种洗涤剂、工业原料、农业肥料等，进入水体的磷营养物来源是多方面的， 表1 3 1 3 3 1 列出了湖泊、水库磷负荷的输入途径。表中所示资料表明：流向湖库水体 的营养素负荷主要有三大来源，即；流域输入的营养素负荷，直接向水体排入的 营养素负荷以及内部释放的营养素负荷。但是，对于人为的水体富营养化则主要 是由直接向水体