金屬氧化物吸附除磷方法探討

付大勇 朱冰 河南化工職業學院化學工程系，河南 鄭州 450042

金屬氧化物吸附除磷方法探討

付大勇 朱冰 河南化工職業學院化學工程系，河南 鄭州 450042

吸附法一直是處理磷廢水的重要方法，被認為是能夠很好地適用于寬濃度范圍廢水除磷的方法。本文采用三種金屬氧化物作為吸附劑（活性氧化鋁、水合氧化鑭、新型稀土鈰鐵復合吸附劑）進行吸附除磷靜態試驗，考查在不同的條件下（吸附時間、溫度、pH值）吸附劑對磷的吸附效果。本文為開發高效除磷吸附劑提供了有價值的參考依據，在防治水體富營養化方面具有廣闊的前景。

吸附劑;除磷;金屬氧化物;吸附容量

adsorbent; phosphorus; adsorption; Absorb the capacity

水體的富營養化造成水中藻類大量繁殖，溶解氧銳減，嚴重破壞了水體生態環境，威脅水生生物的生存和人類健康。富營養化污染已成為目前世界各國所共同面臨的重大環境問題。富營養化污染的主要原因是由于排入水體的氮、磷等營養物質過多所致。研究表明，多數富營養化水體中的控制因素為磷[1]，因此，廢水除磷對防治水體富營養化尤為重要。

通常使用的除磷方法主要包括化學法和生物法，但均不能進行磷回收。而吸附法除磷從一定程度上彌補了以上方法的不足。吸附法處磷，主要是指利用固體吸附劑的物理吸附和化學吸附性能，去除或降低廢水中的磷。吸附法作為一種從低濃度溶液中去除特定溶質的高效低耗方法，特別適用于廢水中有害物質的去除。

本文采用三種金屬氧化物（活性氧化鋁、水合氧化鑭、新型稀土鈰鐵復合吸附劑）作為吸附劑，在不同吸附時間、溫度和pH值的條件下,分別檢測金屬氧化物對磷的吸附效果，同時對吸附法除磷機理做了初步的探討。為開發高效、廉價的除磷吸附劑提供了有價值的參考依據。

1 實驗部分

1.1 主要儀器

CHA—S氣浴恒溫振蕩器、TDL80—1A型離心機、DHG—9070型電熱恒溫鼓風干燥、721型分光光度計、馬沸爐、玻璃電極、ZD-2型電位滴定計、DRZ-A 電阻爐溫度控制器、電磁攪拌器、PF-1型氟電極、232型甘汞電極。

1.2 實驗材料與試劑

吸附劑：活性氧化鋁、水合氧化鑭、鈰—鐵復合金屬氧化物。

含磷廢水為KH2PO4模擬，濃度10mg/ L。

0.6 %磷鉬酸銨溶液：溶解3g鉬酸銨，1g酒石酸于100ml水中，加入濃硝酸13ml，用水稀釋至500ml。

0.1 %二氯化錫溶液：溶解0.2g二氯化錫于1.25ml濃鹽酸中，用水稀釋至200ml。

氧化鋁、氫氧化鈉、氟化鈉、氯化鑭、氯化鐵、氯化亞鐵、硫酸高鈰、氯化鈉等所用試劑均為分析純。

1.3 實驗及測試方法

取100ml含磷的模擬廢水于250ml的錐形瓶中，加入一定量的活化后的吸附劑，在一定的條件下，放入恒溫振蕩器振蕩一段時間后，靜置，離心分離后，取上層清液用氯化亞錫還原光度法檢測磷的濃度，用吸附量表示磷的吸附效果。按下式計算單位吸附劑的磷吸附量。

式中：m—吸附劑質量;Ci—初始水溶液中的磷濃度;Ce—終態水溶液中的磷濃度;V—磷溶液體積。

2.實驗結果與討論

2.1 氯化亞錫還原光度法測定磷的標準曲線

吸取10mg/l的磷標液0.0、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0ml于比色皿中，加入5ml 2mol/LH2SO4，再加入5ml 0.1%SnCl2，最后加入2ml 0.6%鉬酸銨，稀釋至25ml。

圖1 磷的標準曲線

2.2 三種金屬氧化物吸附效果的比較

本實驗在初始pH=7.5時對活性氧化鋁、水合氧化鑭、新型稀土鈰鐵復合吸附劑進行了24小時吸附實驗，結果如表1。

由表1可以看出，在相同的工藝條件下，LaH的吸附率較大，說明LaH對正磷酸根的吸附能力遠遠高于另外兩種吸附劑，這表明LaH是一種極具開發潛力的吸附劑。

2.3 時間對各吸附劑吸附容量的影響

在初始濃度為10mg/l（以磷元素計），體積為100ml，初始PH=5的磷酸鹽模擬水樣中分別加入各吸附劑2mg，在振蕩器的作用下（25℃，150r/min），隔一定時間取樣分析，繪制平衡吸附曲線如下圖。

表1 各吸附劑的吸附效果的比較

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2.4 溫度對各吸附劑吸附容量的影響

取100ml 10mg/l的磷溶液于250ml的錐形瓶中，分別加入各吸附劑2mg，溶液的pH=7.3,在不同溫度下，150r/min的振蕩器里振蕩24h。實驗結果如表2、表3、表4。

2.5 pH 值對各吸附劑吸附容量的影響

pH值是影響金屬氧化物對陰離子吸附效果的最重要因素之一[2]，試驗溶液初始磷濃度10mg/L，體積100ml，用NaOH和HCl調節溶液的初始pH值，各吸附劑加入量為2mg（25℃，150r/min），吸附24小時達到平衡。見表5、表6、表7。

2.6 反應機理

廢水中的磷以正磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機磷的形式存在。聚磷酸鹽在酸性條件下可以水解為正磷酸鹽，大多數生活污水的pH范圍在6.5～8，在污水生化處理過程中，所有的聚磷酸鹽都被轉化為正磷酸鹽，沒有縮聚磷酸鹽能殘存下來。同時，在細菌的作用下，污水的有機磷也部分轉化為正磷酸鹽[3]。因此，在廢水吸附除磷過程中，主要關注于正磷酸鹽，在pH值6～9的典型生活污水中，主要存在形式為磷酸氫根和磷酸二氫根[4]。

3.結論

吸附時間、溫度以及pH值是影響吸附劑吸附率的重要因素。實驗結果表明振蕩24h后吸附效果達到最佳；而溶液pH值對Al2O3、LaH、Fe-Ce的影響都較大；溫度對LaH的影響最大，對Al2O3、Fe-Ce的影響最小

總之，Al2O3、LaH、Fe-Ce對磷有良好的吸附效果，和傳統的活性炭吸附劑相比較，這三種吸附劑的吸附率高，在實際應用上具有明顯的優勢。同時實驗結果表明LaH吸附劑對磷的吸附效果最好。

[1]彭近新,等.水質富營養化與防治.北京：中國環境科學出版社.1998

[2] M.A.Anders；on劉蓮生譯.水溶液吸附化學.北京：科學出版社.1989

[3]肖舉強.離子交換與吸附[J].1992,7(6):375

[4]武麗文，劉建榮.工業水處理[J].1993,13 (2):23

[5]李亞峰，楊輝，趙紅.工業用水與廢水[J].1999,30(8):7

The adsorption method has been an important method to deal with phosphorus waste water all the time , which is considered to be the thing that can be well suitable for the waste water of wide density range and get rid of the phosphorus method.This literary use three kinds of metal oxides as absorbent (active alumina , hydration oxidize lanthanum , new-type tombarthite cerium iron compound the absorbent ) to absorb and get rid of the phosphorus static test, And examine the result of absorbing to the phosphorus of absorbent under different conditions (absorbs time , temperature , pH value ).This text has offered the valuable reference basis for developing and getting rid of the phosphorus absorbent high-efficiently, have a wide prospect in preventing and curing water body eutrophication.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.018

付大勇（1981-），男，河南新鄉人，助講，在河南化工職業學院工作，主要從事有化學、化工及其相關實驗教學與研究。