论文总字数：18395字

摘 要

有效去除水中的磷酸盐是防止水体发生富营养化的一项关键任务，而吸附法因具有操作易行、产污量少、效果显著等优点而被广泛采用。本文以氯化镁为无机功能前驱体，大孔聚苯乙烯树脂为载体，制备出一种树脂基水合羟基氧化镁复合吸附材料HMO-D201，研究该复合材料去除水中磷酸盐时受温度、 pH 值、反应时间与竞争离子影响规律，阐明其对水中磷酸盐的吸附特性。最后通过循环吸附实验，探究其循环吸附性能。实验数据证明：Langmuir和Freundlich等温模型可以很好的描绘吸附等温线，适当地提升温度，吸附量也会增加，但温度所带来的促进效果不太显著；HMO-D201在pH为7-9时对磷酸盐的吸附效果最佳；复合材料在接触溶液100分钟左右达到吸附动力学平衡；在竞争性实验中，SO₄^2-和Cl^-都表现出明显的抑制作用，而SO₄^2-的竞争性相比Cl^-更为强烈。吸附饱和后的吸附剂可用脱附剂（5%NaOH和5%NaCl的混合溶液50mL）进行脱附，脱附后仍能继续吸附磷酸盐，表现了良好的再生性能。综上所言：载水合氧化镁树脂是一种具有发展潜力、广阔前景的高效吸附材料。

关键词：磷酸盐 复合吸附材料 HMO-D201 吸附特性 再生性能

Experimental Study on Adsorption of Phosphate in Water by Magnesium Oxide Resin

Abstract

The effective removal of phosphate in water is a key task to prevent eutrophication of water bodies, and the adsorption method is widely used because it has the advantages of easy operation, low pollution production, and significant effects. In this paper, magnesium oxide is used as an inorganic functional precursor and macroporous polystyrene resin is used as a carrier to prepare a resin-based hydrated magnesium oxyhydroxide composite adsorbent HMO-D201. The temperature, pH, the reaction time and the law of competing ions clarify their adsorption characteristics for phosphate in water. Finally, through the cycle adsorption experiment, explore its adsorption properties. The experimental data proves that the Langmuir and Freundlich isotherm models can describe the adsorption isotherms well. If the temperature is properly increased, the adsorption amount will also increase, but the promotion effect of temperature is not significant; HMO-D201 has the best adsorption effect on phosphate when the pH is 7-9; the composite material reaches equilibrium of adsorption kinetics in about 100 minutes of contact with the solution; in the competition experiment, both SO₄^2- and Cl^- show obvious inhibition The role of SO₄^2- is more competitive than Cl^-. The adsorbent after adsorption saturation can be desorbed with a desorbent (50mL of 5%NaOH and 5%NaCl mixed solution). After desorption, it can still continue to adsorb phosphate, showing good regeneration performance. In summary: hydrated magnesium oxide resin is a highly efficient adsorption material with development potential and broad prospects.

Keywords: phosphate; composite adsorbent; HMO-D201; adsorption characteristics; recycling performance

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 前言 1

1.1 磷的危害 1

1.2 去除磷酸盐常用的处理方法 1

1.2.1 化学沉淀法 1

1.2.2 结晶法 2

1.2.3 微生物法 2

1.2.4 电解法 2

1.2.5 吸附法 3

1.3 氧化镁与氢氧化镁吸附材料 3

1.4 本课题的提出和研究内容 4

第二章 实验部分 5

2.1 实验试剂及仪器 5

2.2 实验方案 6

2.2.1 HMO-D201材料的制备 6

2.2.2 HMO-D201材料的表征 6

2.2.3 磷原液标准曲线的测定 6

2.2.4 温度对吸附的影响实验 7

2.2.5 pH值对吸附的影响实验 8

2.2.6 反应时间对吸附的影响实验 8

2.2.7 竞争离子对吸附的影响实验 9

2.2.8 循环吸附实验 10

第三章 结果与讨论 11

3.1 吸附剂的表征分析 11

3.2 温度对吸附的影响 11

3.3 pH值对吸附的影响 13

3.4 反应时间对吸附的影响 14

3.5 竞争离子对吸附的影响 16

3.6 循环吸附实验分析 18

第四章 结论与展望 20

4.1 结论 20

4.2 展望 20

参考文献 22

致谢 25

第一章 前言

1.1 磷的危害

水是珍稀资源，尽管地球上水资源比占70.8%，但其中的淡水资源极少，而能够有效利用的资源却更少。随着社会发展，人们对于物质生活水平的要求也在不断提高，导致对水资源的需求量增加。因此，人们加速开发水资源，随之而来的是水资源受极大污染的问题。其中，水体富营养化问题不可忽视。

水体富营养化是全球面临的重大环境污染问题之一。富营养化会使得水体中藻类过度生长，然后大量吸收溶解氧，危害水体中的其他水生生物，破坏水生生态系统。总磷含量超标导致了水体富营养化，而总磷多以磷酸盐的形式存在，磷酸盐的主要来源包括城镇生活污水、含磷工业废水、农畜牧业以及底泥释放^[1]。因此，为了防止发生富营养化，有效地去除水溶液中的磷酸盐变得刻不容缓。

1.2 去除磷酸盐常用的处理方法

目前为止，有效去除磷酸盐的方法主要有化学沉淀法、结晶法、微生物法、电解法和吸附法等。其中，化学沉淀法，微生物法和吸附法应用较为广泛，但化学沉淀法的运行代价高，出水量浓度高^[2]，而生物法的操作难施行，条件不稳定，产出的污泥难处理^[3]。吸附法作为一种能够有效去除污染物、低能耗和可循环回收的优等方法被采纳。此外，它还操作简便、产污量少，单独应用可行，补充它法亦可，因而广受关注^[4]。下面对水中常用的除磷技术做简要综述。

1.2.1 化学沉淀法

化学沉淀法的原理是将易溶的金属盐加入到含磷废水中，使金属离子与磷酸盐发生沉淀反应，然后通过过滤除磷^[5]。该方法的重点之处在于要调好适宜的pH值和金属离子与磷的摩尔比，来确保最佳反应条件生成稳定的难溶性盐。其优点在于占地空间小、工艺原理单一与除磷效率高。缺点所在是要投入大量药剂、投资成本较高，且不易将难溶性盐去除，而处理后的磷溶液浓度仍偏高，不足以解决水体富营养化难题^[6]。

1.2.2 结晶法

结晶法的原理是控制含磷废水含有一定量的钙离子，在碱性条件下通过填料结晶反应，在填料表面聚集Ca² 、OH^-和PO₄^3-形成结晶，然后通过分离除磷^[7]。该方法的重点之处在于要使得局部磷浓度提高，从而离子积大于溶度积，在载体表面形成羟基磷酸钙结晶。其优点在于除磷效率较高、产出的污泥量较少与出水的水质较好，且操作简便，适用性高。缺点所在是结晶晶体密度小，机械强度小，在冲洗时易导致堵塞，不易分离^[8]。

1.2.3 微生物法

微生物法的原理是聚磷菌作用，利用聚磷菌在厌氧条件下释放磷，再在好氧吸收状态下形成高磷污泥，然后通过排泥除磷^[9]。该方法的重点之处在于要挑选好合适的微生物，因为不同的污染物只能对应其不同的微生物才能分解，而且有一定风险，有些微生物会对环境造成一定破坏，较难把控。其优点在于去除率高、能耗少与运行成本低。缺点所在是对微生物要求高，而微生物也只能在底泥部分释放与吸收磷，不能根本性去除水体中磷酸盐，且易发生污泥膨胀现象^[10]。

1.2.4 电解法

电解法的原理是采用铝、铁、铜等金属作电极材料，然后通过电解除磷。该方法的重点之处在于要进水的总磷浓度按设计值来，或高或低都会导致出水的总磷浓度不达标的问题。其优点在于除磷效果好、装置简单易施行与水力停留时间短。缺点所在是易生成沉淀物，消耗大量的电极材料，运行代价高^[11]。

1.2.5 吸附法

吸附法的原理是利用多孔的、比表面积大的固体吸附剂对水体中磷酸盐的亲和作用，经过物理吸附、离子交换与表面沉积一系列过程，然后通过过滤除磷^[12]。该方法的重点之处在于要除磷吸附剂满足吸附容量大、吸附速率快、吸附选择性好与吸附耐干扰性强等诸多要求。其优点在于所占场地空间小、操作简便易施行、运行成本低廉与适用性强。缺点所在是一般吸附剂达不到高质量要求，经济化与高效化难以归一^[13]。

请支付后下载全文，论文总字数：18395字