（环境科学专业论文）基于介孔硅和甘蔗渣材料的磷酸根吸附剂制备及其吸附研究.pdf

中磷酸盐。在正常p 8 、5 0 m g l 磷溶液下，o 1 0 0 9 改型甘蔗渣吸附剂的吸附容量 为2 1 3 m g g 时。用脱附研究表明吸附剂在o 0 5 m 氢氧化钠溶液反应3 0 分钟内进 行回收；( 5 ) 三种改性材料对磷酸盐的吸附实验中，根据动力学模型研究，伪二 阶方程是描述吸附过程最合适的模型，拟和值与实验数据最相符合。l a n g m u i r 吸附等温模型比f r e u n d l i c h 模型更适合。 关键词 介孔材料，镧掺杂，甘蔗渣，磷吸附，富营养化 t h ep r e p a r a t i o na n da p p h e a f i o no fs i l i c a - b a s e dm e s o p o r o u s m a t e r i a l sa n dm o d i f i e ds u g a r c a n eb a g a s s ei np h o s p h a t ea d s o r p t i o n a b s t r a c t p h o s p h o r u si so n eo fc r i t i c a ln u t r i e n t sf o rb i o l o g i c a la n dc h e m i c a lp r o c e s s 鹤i n n a t u r a lw a t e rb o d i e s t h ee x c e s so fp h o s p h a t eh a sb e e nr e c o g n i z e da st h em a i nf a c t o r f o re u u , o p h i c a t i o na n da l g a eb l o o mi ns u r f a c ew a t e r s ，e s p e c i a l l yi ns l o w - m o v i n g r i v e r sa n dl a k e s p h o s p h a t ei su s u a l l yr e l e a s e di n t oa q u e o u ss y s t e m sf r o md e t e r g e n t , p i g m e n tf o r m u l a t i o n , w a t e rt r e a t m e n t , e l e c t r o n i ci n d u s t r y , m i n e r a lp r o c e s s i n g , a n dt h e o v e r a p p l i c a t i o no ff e r t i l i z e r s e u t r o p h i c a t i o nc a u s e db yh i g hl e v e l so fp h o s p h a t el e a d s t ot h eo v e r - p r o d u c t i o na n da c c u m u l a t i o no fm i c r oa n dm a c r oo r g a n i s m s ，w h i c ho a n d e t e r i o r a t et h ew a t e rq u a l i t yo fr e c e i v i n gw a t e rb o d i e sa n di n d u c ea e s t h e t i cp r o b l e m s r e c e n t l y , v a r i o u st e c h n i q u e sh a v eb e e nu s e d f o rp h o s p h a t er e m o v a l ，i n c l u d i n g p h y s i c o c h c r n i c a la n db i o l o g i c a lm e t h o d s f o re x a m p l e , c h e m i c a lp r e c i p i t a t i o nw i t h l i m e ，a l u ma n di r o ns a l t so re n h a n c e db i o l o g i c a l 臼e a t m e n ta n ds o m ep h y s i c a lm e t h o d s i n c l u d i n gc r y s t a l l i z a t i o n ,e l e c t r o d i a l y s i s ，联e 僦 o s m o s i s ， i o ne x c h a n g ea n d a d s o r p t i o nh a v eb e e nu s e df o rt h er e m o v a lo fp h o s p h a t e a m o n gt h e s em e t h o d s ， n 中磷酸盐。在正常p h 、5 她班磷溶液下，0 1 0 0 9 改型甘蔗渣吸附剂的吸附容量 为2 1 3 m g g 时。用脱附研究表明吸附剂在o 0 5 m 氢氧化钠溶液反应3 0 分钟内进 行回收；( 5 ) 三种改性材料对磷酸盐的吸附实验中，根据动力学模型研究，伪二 阶方程是描述吸附过程最合适的模型，拟和值与实验数据最相符合。l a n g m u i r 吸附等温模型比f r e u n d l i e h 模型更适合。 关键词 介孔材料，镧掺杂，甘蔗渣，磷吸附，富营养化 t h ep r e p a r a t i o na n da p p f i c a f i o no fs i l i c a b a s e dm e s o p o r o u s m a t e r i a l sa n dm o d i f i e ds u g a r c a n eb a g a s s ei np h o s p h a t ea d s o r p t i o n a b s t r a c t p h o s p h o r u si so n eo fc r i t i c a ln u t r i e n t sf o rb i o l o g i c a la n dc h e m i c a lp r o c 锶s 鹤i n n a t u r a lw a t e rb o d i e s t h ee x c e s so fp h o s p h a t eh a sb e e nr e c o g n i z e da st h em a i nf a c t o r f o re u t r o p h i c a t i o na n da l g a eb l o o mi ns u r f a c ow a t e r s ，e s p e c i a l l yi ns l o w - m o v i n g r i v e r sa n dl a k e s p h o s p h a t ei su s u a l l yr e l e a s e di n t oa q u e o u ss y s t e m sf r o md e t e r g e n t ， p i g m e n tf o r m u l a t i o n , w a t e rt r e a t m e n t , e l e c t r o n i ci n d u s t r y , m i n e r a lp r o c e s s i n g , a n dt h e o v e r a p p l i c a t i o no ff c r t i l i z e r s e u t r o p h i c a t i o nc a u s e db yh i g hl e v d so fp h o s p h a t el e a d s t ot h eo v e r - p r o d u c t i o na n da c c u m u l a t i o no fm i c r oa n dm a y oo r g a n i s m s ，w h i c hg a n d e t e r i o r a t et h ew a t e rq u a l i t yo fr e c e i v i n gw a t e rb o d i e sa n di n d u c ea e s t h e t i cp r o b l e m s r e c e n t l y , v a r i o u st e c l m i q h e sh a v eb e e nu s e df o rp h o s p h a t er e m o v a l ，i n c l u d i n g p h y s i c o c h e m i c a la n db i o l o g i c a lm e t h o d s f o re x a m p l e , c h e m i c a lp r e c i p i t a t i o nw i t h l i m e ，a l u ma n di r o ns a l t so re n h a n c e db i o l o g i c a lt r e a t m e n ta n ds o m ep h y s i c a lm e t h o d s i n c l u d i n gc r y s t a l l i z a t i o n , e l e e t r o d i a l y s i s ，r e v e r s eo s m o s i s ，i o ne x c h a n g ea n d a d s o r p t i o nh a v eb e e nu s e df o rt h er e m o v a lo fp h o s p h a t e a m o n gt h e s em e t h o d s ， h a d s o r p t i o nh a sb e c o m ec o m p a r a t i v e l ym o r ee f f e c t i v ea n de c o n o m i cm e t h o df o r p h o s p h a t er e m o v a l a d d i t i o n a l l y , t h i sm e t h o dc a l lb eu s e df o rt h ec o l l e c t i n ga n d r e c y c l i n gp h o s p h a t e ，w h i c hc a n s a v et h ee x h a u s t e dp h o s p h a t er e s o u r c o i nt h i ss t u t y , s e r i e so fl a n t h a n u md o p e d m e s o p o r o u sm c m - 4 1w e r ep r e p a r e db y t w od i f f e r e n tm e t h o d s ，a n dm o d i f i e ds u g a r c a n eb a g a s s eb y c h e m i c a l l ym o d i f i e dw e r e p r e p a r a t e d t 1 1 es u r f a c e s t r u c t u r eo ft h em a t e r i a l sw a si n v e s t i g a t e dw i mx - r a y d i f f r a c t i o n ，n 2a d s o r o p i o n d e s o p r o t i o nt e c h n i q u e ，e l e m e n t a la n a l y s i s , z e t ap o t e n t i a l a n a l y s i s ，s u r f a c ea r e ad e t e r m i n a t i o na n ds e m t h ee f f e c t so fd i f f e r e n ts i l am o l a rr a t i o ，t h e a m o u n to fl a n t h a n u m - d o p e da d s o r b e n t , a td i f f e r e n tc o n t a c tt i m e , i n i t i a lc o n c e n t r a t i o no f p h o s p h o r u ss o l u t i o na n dp h ，t h ee f f e c to f i n t e r f e r i n gi o n sw a sa l s oi n v e s t i g a t e d t h er e s u l to fr e s e a r c h e ss h o wt h a t ：( 1 ) b a s e do nx r d ，n 2a d s o r p t i o n d e s o r p t i o n , t h e s t r u c t u r eo fl a n t h a n u md o p e dm c m 一4 1m a t e r i a l sk e p tw e l l ；( 2 ) p h o s p h a t er e m o v a lf r o m a q u e o u ss o l u t i o n sw a si n v e s t i g a t e db yl a n t h a n u md o p e dm e s o p o r o u sm c m - 4 1 ，t h o p h o s p h a t ea d s o r p t i o nc a p a c i t i e s i n c r e a s ew i t ht h e i n c r e a s i n g a m o u n to fl a i n c o r p o r a t i o n t h el a n t h a n u md o p e dm c m 4 lm a t e r i a l sb yh y d r o t h e r m a la n ds o l - g e l m e h t h o df o rp h o s p h a t er e m o v a l ，t h ea d s o r p t i o nc a p a c i t yw e r e1 9 7 7a n d2 1 1m g g ，r e s p e c t i v e l y w h e nt h ea d s o r b e n td o s a g ei s0 4 0 0 9 ，t h ee f f i c i e n c yo f5 0 r a g t , p h o s p h a t er e m o v a li sm o r et h a n 9 9 h o w e v e r , f o r e i g ni o n sd e c r e a s e dt h ep h o s p h a t ea d s o r p t i o nc a p a c i t y ( 3 ) t h el a n t h a n u m d o p e dm c m 一4 1m a t e r i a l sb yh y d r o t h e r m a la n ds o l - g e lm e h t h o df o rp h o s p h a t er e m o v a l ，t h e m a xa d s o r p t i o nw a sa c h i e v e dw i t hp hi nar a n g eo f2 - 3a n d4 - 8 ，r e s p e c t i v e l y ( 4 ) t h em o d i f i e d s u g a r c a n eb a g a s s ew a su s e dt or e m o v et h ep h o s p h a t ef r o ma q u e o u ss o l u t i o n sb ya d s o r p t i o n t h e a d s o r p t i o nc a p a c i t yo ft h em o d i f i e ds u g a r c a n eb a g a s s ew a s21 3m g ga tn a t u r a lp hw h e n5 0 m g l o fp h o s p h a t es o l u t i o nw a sa d s o r b e db yo 1 0 0 9s o r b e n t t h ed e s o r p f i o ns t u d yi n d i c a t e dt h a tt h e s o r b e n tc o u l db er e c o v e r e du n d e r0 0 5 mn a o hs o l u t i o nw i t h i n3 0m i n ( 5 ) i nt h es t u d i e so ft h i s t h r e em o d i f i e dm a t e r i a l sw e r eu s e dt or e m o v et h ep h o s p h a t ef r o ma q u e o u ss o l u t i o n sb y a d s o r p t i o n ， t h ek i n e t i cd a t aw a sf i t t e du s i n gt h ep s e u d o - f i r s t - o r d e re q u a t i o na n dt h ep s e n d o - s e c o n d - o r d e r e q u a t i o n a m o n gt h ek i n e t i cm o d e ls t u d i e s ，t h ep s e u d o - s e c o n d - o r d e re q u a t i o nw 嬲t h eb e s tf i t m o d e lf o rd e s c r i b i n gt h ea d s o r p t i o np r o c e s s e q u i l i b r i u md a t aw e r em o d e l e du s i n gt h el a u g m u i r a n dt h ef r e u n d l i e hi s o t h e r m i k e y w o r d s ：m e s o p o r o u sm a t e r i a l ；l a n t h a n u md o p e d ；s u g a r c a n eb a g a s s e ；p h o s p h a t e a d s o r p t i o n ；a a t r o p h i c a t i o n i v 上海师范大学硕士学位论文参考文献 学位论文独创性声明 本人郑重声明：本论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或机构已经发表或 撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均己在论文中做了明 确的声明并表示了谢意。 论文作者签名： 日期：型丛牛 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解上海师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其它手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此 规定。 论文作者签名： 盔季 导师签名：盟期：金丛尘：彳 6 l 基于介孔硅和甘蔗渣材料的磷酸根吸附剂制备 及其吸附研究 1 前言 1 1 磷和水体富营养化 1 1 1 水体富营养化 水体富营养化是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量 进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，导致水 体中的溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。水体中出现 富营养化现象时，由于浮游生物的大量繁殖，水面往往呈现蓝色、红色、棕色、 乳白色等，这种现象在江河湖泊中称为“水华 ，在海洋中则被称为“赤潮 。 随着经济的发展以及人口的急剧增加，各类污水排放量不断增加，使得含有 大量水生生物生长的必需元素的污水排入水体，造成水生生物在短期内大量繁 殖，从而引起水体的富营养化问题。水体富营养化如果不进行控制，将会导致水 体生态失衡，造成不可挽回的损失【1 1 。一般认为，过量的氮、磷营养盐是造成水 体富营养化的元凶，而多数富营养化水体中的控制因素为磷【。研究表明，当的 n p 比为6 - 1 5 时，是最适合水中藻类的繁殖【2 l ，当磷的含量明显低于这个比值时， 氮浓度的高低对藻类生长的影响并不明显，这是因为相比氮磷这两种重要的营养 物质，水生生物特别是藻类对磷更为敏感。当水体中的磷处于低浓度时，即使氮 浓度能满足藻类等水生生物的需要，其生产能力也会大大受到遏制：当水体中的 氮不足时，却往往可以由许多固氮的微生物来补充，而磷则不能。由此可见，控 制水体中的磷含量，比控制氮含量更有实际意义，磷是影响富营养化乃至赤潮发 生的决定性因素。因此，废水除磷对防治水体富营养化尤为重要。 1 1 2 磷酸根的来源和危害 在天然水体和废水中，磷的存在形态主要有：正磷酸盐、聚合磷酸盐( 焦磷 酸盐、偏磷酸盐和多磷酸盐) 和有机结合的磷酸盐等【3 1 。过量的磷酸盐已被公认为 富营养化和蓝藻地表水的主要因素，特别是在缓慢的河流和湖泊【4 一。通常磷酸 盐是从洗涤剂，颜料配制，水处理，电子工业，矿产加工和过度量的化肥排放到 水系纠6 】。高含磷量引起的水体富营养化使得水体中的藻类大量繁殖并积聚，破 坏了收纳水体的水质，影响了水体的景观功能网，而且过度增殖的蓝绿藻产生的 剧毒生物毒素会对人类健康造成急性或者慢性的健康影响，从而水体富营养化问 题引起了人们更多关注【引。为了防止水体富营养化的产生，人们制定了更加严格 的磷排放标准( o 5 1 o m gp l ) 【9 】。 1 2 废水除磷的技术的现状 废水中的磷以正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷的形式存在，由于废水来源不同， 总磷及各种形式的磷含量差别较大。典型的生活污水中总磷含量在3 1 5m g l ( 以 磷计) ；在新鲜的原生活污水中，磷酸盐的分配大致如下：正磷酸盐5 m g l ( 以 磷计) ，三聚磷酸盐3 r a g l ( 以磷计) ，焦磷酸盐l i n g l ( 以磷计) 以及有机磷 5 0 n m 的孔为大孔( m a 翻叩o r e ) ，孔 径 上海师范大学硕士学位论文2 纳米氧化镧混合介孔材料的制各 表2 - 1l a m 4 1 样品的结构性能 t a b l e2 - is t r u c t u r ep r o p e r t yo f l a m 4 1 d c t c r r n i n e db yn i t r o g e na d s o r p t i o n d c s o r p t i o n 2 3 2 不同纳米氧化镧掺杂量对磷酸根吸附效果的影响 当磷酸根溶液浓度c o = 5 0 m g l ，p h - - 7 ，温度为2 5 ( 2 时候，0 1 9 的l a 2 0 m 4 1 ， l a 3 0 m 4 1 和l a a o m 4 1 材料分别在l o o m l 反应溶液中对于磷酸根的吸附数据见图 2 2 ，如图所示，随着吸附剂中镧的掺杂量增加，吸附效果显著提高。l a 2 0 m 4 1 吸附剂的在吸附平衡量为1 0 0 8 m g g ；l a 3 0 m 4 1 吸附剂的在吸附平衡量为 1 6 2 1 m g g ；l a 4 0 m 4 1 吸附剂的在吸附平衡量为1 9 4 8 m g g 。这表明对p 的吸附中 起作用的活性组分是镧，对p 的吸附量随该活性组分掺杂量增加而增大。试验过 程中，n 呦m 4 1 吸附剂的效果最好，下面的的实验如不特殊说明，均是以l a 4 0 m 4 1 作为吸附剂进行吸附研究。 吕 删 莲 螫 6 0 08 0 01 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 1 6 0 0 时间( t ) 图2 - 2 不同纳米氧化镧掺杂量比l a m 4 l 对磷酸根吸附的影响 1 9 趁约侣协佗8 6 4 2 0 上海师范大学硕士学位论文2 纳米氧化镧混合介孔材料的制备 f i g2 - 2e f f e c to f d i f f e r e n ts i 1 am a s sr a t i o no f l a m 4 1 o i lp h o s p h a t ea d s o r p t i o n ：i n i t i a lp h o s p h a t e c o n c e n t r a t i o n ：5 0r a g l ；t h ea m o u n to f l a m 4 1 ：0 1 0 0g ；p h - - 7 ；t h ev o l u m eo f s o l u t i o n ：1 0 0m l t e m p e r a t u r e , 2 5 c 2 3 3 初始磷酸盐浓度和振荡时间影响 当p h - 7 ，温度为2 5 c 时候，0 1 9 的l a 4 0 m 4 1 材料分别在c 0 = 3 0 、5 0 、1 0 0 m g l 反应溶液中对于磷酸根进行吸附反应，得到初始磷酸根溶液浓度和吸附时间对吸 附容量的影响见图2 3 。从图中可以明显看到吸附容量随着磷酸根初始浓度的升 高而升高，吸附剂容量随着时间的增加而增加，在6 5 0 m i n 之后吸附趋向于饱和。 当磷酸根溶液初始浓度分别为c o = 3 0 、5 0 、1 0 0 m g l 时，吸附剂的吸附容量分 别为1 7 7 6 ，1 9 4 8 ，2 1 5 2 m g g 。同时从图中还可以看到k 咖m 4 1 吸附剂在不同 起始浓度的磷酸根溶液中，在0 到1 2 0 m i n 的吸附量都是急剧增大，3 6 0 m i n 后的 吸附量缓慢增加直至吸附平衡。其主要原因可能是l a 4 0 m 4 1 的孔径被堵塞，因 为p o t 3 。被l a 4 0 m 4 1 吸附和反应产生了l a p 0 4 ，阻碍更多p 0 4 3 。离子进入l a 加m 4 1 的孔径【跚。 2 5 2 0 1 5 o 詈1 0 叮 5 0 02 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 0 时间( r a i n ) 图2 3 初始浓度和吸附试验对磷酸根吸附效果的影响( 4 0 掺杂量) f i g2 3e f f e c to f a g i t a t i o nt i m ea n d i n i t i a lc o n c e n t r a t i o no f t h ea m o u n to f a d s o r p t i o no f p h o s p h a t e o n t ol a 4 0 m 4 1 ：s o r b e n td o s e , 0 1 0 0g 1 0 0m l ；p h - - 7 ；t e m p e r a t u r e , 2 5 c ；s t i r r i n gs p e e d1 2 0r p m 上海师范大学硕士学位论文 2 纳米氧化镧混合介孔材料的制各 2 3 4 吸附动力学 计算出速率常数见表2 2 。从表中可知，磷酸盐浓度由2 0 增加至1 0 0 m g l ， 速率常数k l 从1 7 0 x 1 0 - 2 1 0 4 x 1 0 - 2 m i n - 1 。初始磷酸盐浓度为2 0 ，5 0 ，1 0 0 m g l 时， r 2 的值分别为0 9 7 1 ，0 8 7 4 和0 , 8 5 1 。为蜘与t 的伪二阶线性图模型，如图2 4 b 。 如表2 2 ，从计算的q 。结果表明用伪二阶模型计算出来的吸附容量与实验所得相 似，而且伪二阶模型值相关系数r 2 的值大于0 9 9 0 。这些发现表明，伪二阶吸附 模型更适合描述的l a 4 0 m 4 1 对磷酸盐的吸附动力学 3 5 3 ，0 2 5 ：2 o 吾1 5 蔷1 o o 0 5 0 0 02 0 04 0 0 t i m o ( r a i n ) ( a ) 伪一级动力学方程 2 l 上海师范大学硕士学位论文2 纳米氧化镧混合介孔材料的制备 6 0 詈4 0 西 c 邑2 0 叮 o - 2 0 0 5 0 01 0 0 0 t ( m i n ) ( b ) 伪二级动力学方程 图2 _ 4l a , v ) m 4 1 在不同初始浓度磷酸根溶液的吸附动力学曲线 f i g2 - 4p s e u d o - f i r s t - o r d e rk i n e t i c so f p h o s p h a t ea d s o r p t i o nb yk 洲l a td i f f e r e n ti n i t i a l p h o s p h a t ec o n c e n t r a t i o n ( a ) ，p e s e u d o - s e c o n d - o r d e rk i n e t i c so f p h o s p h a t ea d s o r p t i o nb yl a 4 0 m 4 1a t d i f f e r e n ti n i t i a lp h o s p h a t ec o n c e n t r a t i o n 表2 2l a 4 0 m 4 l 吸附除磷动力学方程以及相关参数 t a b2 - 2k i n e t i cp a r a m e t e r so f p h o s p h a t ea d s o r p t i o no nl a 4 0 m 4 1 2 3 5 吸附剂投加量的影响 将o 1 0 0 0 0 5 0 0 9 的l a 4 0 m 4 1 加入到l o o m l5 0 m g l 的p 溶液中，在2 5 恒温 条件下振荡至反应达到平衡。不同质量l a 4 0 m 4 1 吸附剂对磷酸根的吸附量和去 除率见图2 5 。如图所示，当吸附剂用量增加时，吸附剂对溶液中磷酸根的的去 2 2 上海师范大学硕士学位论文2 纳米氧化镧混合介孔材料的制备 除率逐步上升，去除率从3 9 5 逐步上升到9 9 9 ，这主要是因为随着吸附剂量 的增加，所能提供的吸附面积和吸附位增加，因此在磷酸根浓度一定的情况下， 所能吸附的磷酸根增加，从而引起去除率随吸附剂添加量的增加而增加；但是吸 附量却随着吸附剂添加量的增加而减小，当吸附剂添加量从0 1 0 0 m g 上升到 0 5 0 0 r a g 时，吸附剂对于磷酸根的吸附容量从1 9 7 7 降低到8 3 3 m g g 。这主要是 因为增加的吸附剂量增加了吸附扩散的孔道路径，同时增加的吸附剂还导致吸附 位的不饱和吸附，以上两方面原因造成了吸附量随吸附剂添加量的增加而减小。 从图2 5 中可以看到当吸附剂用量超过到0 4 0 0 9 时，吸附剂的去除率曲线变 得平缓，去除率都在9 9 以上。考虑到吸附剂成本，0 4 0 0 9 的吸附剂用量在本 次吸附实验中为最佳用量。 零 褥 篮 悄 0 1o 20 30 40 50 6 吸附剂量( g ) 2 4 2 2 2 0 1 8 1 6k 1 4 窨 1 2 咖 1 0 莲 8 螫 6 4 2 图2 - 5 不同吸附剂添加量对磷酸根吸附的影响 f i 9 2 5e f f e c to f t h el a 4 0 m 4 1d o s eo nr e m o v a le x t e n ta n da d s o r p t i o nc a p a c i t yo f p h o s p h a t e ：i n i t i a l p h o s p h a t ec o n c e n t r a t i o n5 0m g l ；t e m p e r a t u r e2 5 ，s t i r r i n gs p e e d1 2 0r p m ；c o n t a c tt i m e ( 1 4 4 0 r a i n ) 2 3 6 初始p h 值的对磷吸附影响 p h 值是影响金属氧化物对阴离子吸附效果的最重要因素之j 8 7 1 。考察p h 对吸附剂的吸附效果也是很重要的。当起始磷酸根溶液浓度为5 0 m g l 时， l a 4 0 m 4 1 吸附剂在不同p h 值的条件下的吸附效果图。由图2 6 所示，随着p 溶 5 ； 加 柏 上海师范大学硕士学位论文 2 纳米氧化镧混合介孔材科的制各 液初始p h 值的升高，p 吸附量不断降低。在酸性条件下特别是p h = 2 时，l a 4 0 m 4 1 吸附剂的吸附能力最高，吸附量为4 5 3 7 m g g ，除磷率达到9 0 0 以上。随着p h 的升高，吸附量迅速下降，在p n = 5 - 7 范围内，吸附量趋于平缓，吸附量 1 8 5 1 - 1 6 9 1 m g g ，去除率在3 7 0 - 3 3 8 ，而后吸附量随着p h 的升高又快速下降， 而当p h = 1 2 时，对p 的吸附量仅有5 6 5 m g g 。这表明，p h 值对吸附效果的影 响比较大。这可能是由于p h 值较高l a 4 0 m 4 1 表面带着更多的负电荷，从而将更 加排斥负电荷离子的原因；而在p h 值较低时，中和作用减少了l a 4 0 m 4 1 表面的 s i o h 负电荷，增加了对负电荷离子的吸附【2 3 1 。因此，在p h 值较高时较低的磷 吸附量的原因，是负电荷p 0 4 孓衍生物和负电荷的表面基团之间增加的相互排斥 【2 7 】。 24681 01 2 p h 图2 - 6 初始p h 对k 咖m 4 1 吸附磷酸根的影响 f i g2 - 6e f f e c to f p h 0 1 1a d s o r p t i o no f p h o s p h a t e ：a d s o r p t i o nd o s e , 0 1 0 0 9 1 0 0 m l ；a g i t a t i o nt i m e ， 1 4 4 0m i n ；s t i r r i n gs p e e d12 0r p m ；t e m p e r a t u r e , 2 5 2 3 7 干扰离子对磷酸根吸附的影响 水体中常见的无机阴离子为f 、c 1 。、n 0 3 、s o , 等。为实验各个干扰阴离 子对氧化镧掺杂的吸附剂对于p 吸附的干扰影响，其中磷酸根浓度为分5 0 m g l ， 而相应的干扰离子初始浓度为5 0 0 m g l ，通过静态吸附实验。得到相对吸附量与 干扰离子浓度的关系如图2 7 。如图所示，n 0 3 、s 0 4 2 对吸附容量影响较小；c r 0 0 0 0 0 0 5 4 3 2 1 一西，6邑嘲莲薛 上海师范大学硕士学位论文2 纳米氧化镧混合介孔材料的制备 对吸附容量影响较大，造成吸附容量明显的下降；f 的影响最大，能使吸附容量 降低约4 1 。从中可以看出本吸附剂对于在有n 0 3 。、s 0 4 2 、c 1 干扰离子下，吸 附容量有一定影响，选择吸附性较差。 无共存离子fc i n o 产s 0 4 2 图2 - 7 干扰离子对l a 4 0 m 4 1 吸附磷酸根的影响 f i 9 2 - 7e f f e c to f f o r e i g na n i o n so na d s o r p t i o nc a p a c i t y ：s o r b c n td o s e ，0 1 0 0g 1 0 0m l ；p h o s p h a t e c o n c e n t r a t i o n ：5 0m g l ；f o r e i g na n i o n sc o n c e n t r a t i o m ：5 0 0m g l ；p h - - 7 ；t e m p e r a t u r e ，2 5 c ；s t i r r i n g s p e e d1 2 0r p m 2 3 8 吸附剂解析 取o 1 0 0 9 吸附饱和的吸附剂，放入到l o o m lo 0 5 m o l l 的n a o h 溶液中，将 含有饱和吸附剂的溶液置于恒温震荡器中，每隔一段时间取样测定溶液中磷酸根 的含量，得到吸附剂的解吸动力学曲线。吸附饱和的l a 4 0 m 4 1 的解吸动力学曲 线如图2 8 所示。 雄 侣 佗 8 4 o l8暑咧莲督 上海师范大学硕士学位论文2 纳米氧化镧混合介孔材料的制备 1 0 0 8 0 蚤6 0 巴 暑4 0 e o 器 2 0 o 0 051 01 52 02 53 0 t i m e ( m i n ) 图2 8l a 4 0 m 4 1 解吸动力学曲线 f i g2 - 8e f f e c to f n a o hc o n c e n t r a t i o no nd e s o r p t i o ne x t e n t 在l a 4 0 m 4 1 与磷酸盐溶液( 1 0 0 m g l ) 吸附反应后，该改性材料吸附了 2 1 5 m g g 的磷酸盐。反应后的吸附剂与氢氧化钠反应解吸效果如图2 8 。表明了 随着反应时间的增加，磷酸盐解吸趋势增加。3 0 m i n 后解吸率可大于9 0 ，表明 该材料解吸和回收价值，易于再生重复使用。 2 4 结论 这项研究表明，采用水热法制备的镧掺杂m c m - 4 1 材料能够有效的吸附除 磷。基于n 2 吸附脱附表征来看，镧掺杂的m c m 4 1 材料能够保持六方介孔结构。 通过静态吸附实验，结果表明：伪二阶模型能够更好地描述动力学数据。溶液中 的磷酸根吸附在3 6 0 r a i n 后基本达到吸附平衡，实验饱和吸附量约为1 9 7 7 m g g 。 当p h 值为4 - 1 0 时，吸附剂对于磷酸根的吸附能力比较稳定。干扰离子降低了磷 的吸附能力。 上海师范大学硕士学位论文3 镧掺杂介孔材料的制各 3 镧掺杂介孔材料的制备和吸附 3 1 材料和方法 3 1 1 试剂 所有试剂均为分析纯。磷酸盐储备溶液用无水磷酸二氢钾制备了。p n 值由 盐酸和氢氧化钠溶液调整。 3 1 2l a x m 4 1 合成 镧掺杂的m c m 4 1 材料是正硅酸四乙酯( t e o s ) 为硅源，十六烷基三甲基 溴化铵( c t a b ) 为模板剂。操作过程如下：0 9 6 9 c t a b 加入已混合0 6 8 8 9 氢氧 化钠的1 6 0 9 蒸馏水。然后，在缓慢加入2 0 m lt e o s 的同时并慢慢搅拌。在此之 后，滴加硝酸镧溶液。最后的混合物搅拌2 小时，然后转移到p i t e 反应釜中， 在1 1 0 c 自身产生的高压下反应4 8 小时后，得到白色固体，对其进行冲洗，过 滤，干燥，将合成的介孔氧化硅粉末置于高温炉中，以14 c m i n 的升温速度缓慢 升温至5 5 0 c 时( 得到的样本为l a x m 4 1 ，其中x 表示的硅镧摩尔比( x = 1 0 0 ， 5 0 ，2 5 ) 。 3 1 3 表征 x 射线粉末衍射图样本分别使用扫描速率为1 0 m i n 扫描角度为o 8 8 0 2 0 范 围的c u k q 辐射衍射仪( d m a x 2 2 0 0 p c ，r i g a k uc o r p o r a t i o n ，j a p a n ) ( 4 0 m a ， 4 5 k v ) 。分布的孔隙结构和比表面积的测定样品面积在7 7 k 下使用比表面及孔径 分析仪进行n 2 物理吸附脱附( a s a p2 0 1 0m + c ，m i c r o m e r i t i e si n c ，u s a ) 分 析之前，l a m 4 1 在2 0 0 下真空6 h 进行脱气处理( o 1 p a ) 。l _ a x m 4 1 中镧含量的 测定使用i c p ( i r i sa d v a n t a g e1 0 0 0 ，t h e r m oc o r p o r a t i o n ，u s a ) 。 3 1 4 磷吸附 使用磷酸二氢钾溶液考察l a m 4 1 对磷的吸附能力。吸附试验，进行批量实 验在2 5 0 毫升的玻璃锥形瓶瓶中置于空气浴恒温摇床( h z q f ，h a r b i nd o n g l i a n e l e c t r o n i c & t e c h n o l o g yd e v e l