氧化鐵改性埃洛石納米管對(duì)磷的去除效果及其影響因素

1、    氧化鐵改性埃洛石納米管對(duì)磷的去除效果及其影響因素    許錚 陳雷 呂寧磬摘      要：為研究氧化鐵改性埃洛石納米管（hnts）除磷效果，系統(tǒng)分析了氧化鐵負(fù)載量、吸附劑用量、接觸時(shí)間、ph、初始磷濃度和共存離子（so42-、no3-、cl-）對(duì)其影響。通過響應(yīng)曲面法分析得出三種最佳反應(yīng)條件確定了各影響因素權(quán)重。磷吸附過程符合langmuir等溫吸附模型及準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，氧化鐵改性hnts既能應(yīng)用于酸性含磷廢水處理，又能服務(wù)于磷污染地下水、地表水修復(fù)。結(jié)果表明，三種最佳反應(yīng)條件下氧化鐵改性hnts吸附容量分別為6

2、.279、5.664、5.634 mg/g。反應(yīng)240 min達(dá)到平衡。共存離子（so42-、no3-、cl-）對(duì)吸附材料除磷無明顯抑制作用。吸附材料再生循環(huán)利用5次，磷去除率從72.58%降到69.20%。可見本研究對(duì)磷污染水的處理與修復(fù)具有重要參考意義。關(guān)  鍵  詞：氧化鐵;埃洛石納米管;磷;吸附;影響因素：tq 424.2       ： a       ： 1671-0460（2020）02-0253-07abstract： in order to study the phosphorus removal

3、 effect of iron oxide modified halloysite nanotubes （hnts）， the effect of iron oxide loading， adsorbent dosage， contact time， ph， initial phosphorus concentration and coexisting ions（so42-、no3-、cl-） on the phosphorus removal efficiency was systematically analyzed. three optimal reaction conditions w

4、ere obtained by response surface methodology. the phosphorus adsorption process conforms to the langmuir isotherm adsorption model and the quasi-second-order kinetic model. iron oxide modified hnts can effectively be applied to the treatment of acidic phosphorus-containing wastewater and the treatme

5、nt of both phosphorus-contaminated groundwater and surface water. the adsorption capacities of iron oxide modified hnts under the three optimal reaction conditions were 6.279， 5.664 and 5.634 mg/g， respectively. the weights of each influencing factor were determined by spss. the adsorption equilibri

6、um reached at 240 min. coexisting ions （so42-， no3-， cl-） had no observed inhibitory effect on phosphorus removal by adsorbent materials. after the adsorption material was recycled five times， the phosphorus removal rate reduced from 72.58% to 69.20%. this study can provide important information for

7、 the effective treatment of phosphorus contaminated water.key words： iron oxide; hnts; phosphorus; adsorption; influencing factors磷是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要物質(zhì)，間接導(dǎo)致水中藻類瘋長(zhǎng)、含氧量下降、水生生物死亡1。除磷方法包括化學(xué)沉淀法、混凝法、離子交換法、生物法、吸附法等2?；瘜W(xué)沉淀法是指某些可溶于水的金屬鹽類與磷酸鹽發(fā)生反應(yīng)，生成沉淀后采用固液分離的方法將水中磷酸鹽去除。化學(xué)沉淀法可以去除水中80%的磷酸鹽，但反應(yīng)成本高、可再生性較低3?；炷ㄊ侵富炷齽┌l(fā)生水解反

8、應(yīng)產(chǎn)生聚合物，聚合物與溶液中的磷酸鹽反應(yīng)生成沉淀，從而達(dá)到除磷目的4，但處理成本高，同時(shí)導(dǎo)致大量化學(xué)污泥產(chǎn)生。離子交換法是通過使用離子交換樹脂對(duì)水中磷酸鹽選擇性交換5，但容易受溫度、磷酸鹽濃度和共存離子等因素影響。生物除磷法是利用好氧聚磷菌，將磷富集在細(xì)胞中，但具有反應(yīng)周期長(zhǎng)、反應(yīng)條件不易控制、聚磷菌易被有害離子破壞等缺點(diǎn)6。吸附法是將水中磷酸鹽吸附在多孔材料表面或空隙中除磷7，吸附法適用水體類型廣、吸附速率快、使用過程環(huán)境友好、吸附劑可回收利用。尋求高效、經(jīng)濟(jì)的磷吸附材料和工藝成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)8，9。埃洛石納米管（hnts）是一種物化性質(zhì)與高嶺土相似的硅鋁酸鹽10，比表面積高、具有微孔結(jié)構(gòu)

9、、價(jià)格低廉，被廣泛用作吸附劑11。hnts帶負(fù)電，與陰離子會(huì)產(chǎn)生離子互斥作用，吸附磷酸鹽效率較低。使用帶正電的高吸收性氧化鐵對(duì)hnts進(jìn)行表面改性，可以顯著增強(qiáng)磷吸附能力。氧化鐵對(duì)水中磷酸鹽離子具有強(qiáng)烈的親和力，可以增加吸附材料外部活性位點(diǎn)的數(shù)量，改善配體交換性質(zhì)，提供有利于磷酸鹽吸附的新官能團(tuán)12，13。ioannou等14采用恒電容模型描述了赤鐵礦、高嶺石和高嶺石-赤鐵礦體系（k-h）對(duì)磷酸鹽的吸附，該模型假設(shè)了配體交換機(jī)制，定量描述了磷酸鹽的吸附。elzing等15采用衰減全反射熒光變換紅外光譜（atr-ftir）研究了ph（3.58.9）和初始總磷摩爾濃度（5500mol/l）對(duì)赤鐵礦

10、上磷酸鹽的吸附。發(fā)現(xiàn)當(dāng)磷酸鹽與赤鐵礦表面結(jié)合時(shí)，磷酸鹽濃度隨ph和表面赤鐵礦覆蓋率變化。然而，迄今為止，有關(guān)氧化鐵改性hnts吸附磷的影響因素、最佳反應(yīng)條件，以及材料的可再生利用性，仍缺少系統(tǒng)性研究。本研究旨在系統(tǒng)分析氧化鐵負(fù)載量、吸附劑用量、接觸時(shí)間、ph、初始磷濃度和共存離子（so42-、no3-、cl-），對(duì)氧化鐵改性埃洛石納米管（hnts）除磷效果的影響;建立分析反應(yīng)過程等溫吸附模型與動(dòng)力學(xué)模型;評(píng)價(jià)材料的循環(huán)可再生利用性;確定各影響因素權(quán)重。對(duì)磷污染水的處理與修復(fù)具有重要參考意義。1  實(shí)驗(yàn)部分1.1  材料的制備使用改進(jìn)的溶膠-凝膠法制備改性hnts：將3 g

11、hnts置于300 ml去離子水中使用磁力攪拌儀（ouhor， oms-521d）在350 r/min下攪拌1 h，將所需質(zhì)量的fecl3·6h2o（99%，分析純）分別溶解在150 ml去離子水中以形成0.5%、1%、2%和5%（wt）的鐵負(fù)載量，將nh3·h2o（28%，分析純）加入到鐵溶液中，并將上述溶液逐滴加入hnts混合物中，磁力攪拌24 h。使用離心機(jī)（tdz5-ws）在300 r/min條件下分離混合物并用去離子水洗滌3次，在冷凍干燥機(jī)（fd-1a-50）中干燥，收集干燥的樣品在水浴鍋（hh-4）中置于冰醋酸蒸汽ch3cooh（98%，分析純）中2 h，隨后使

12、用烘箱（dzf6050b）烘干樣品，最后將樣品置于400 馬弗爐（microx，sx2-2.5-12）中煅燒以獲得改性hnts。分別制備獲得鐵負(fù)載量為0.5%、1%、2%和5%（wt）的吸附材料0.5fe-hnt、1fe-hnt、2fe-hnt、5fe-hnt。1.2  磷的吸附效果與影響因素分析實(shí)驗(yàn)本研究使用磷酸二氫鉀配制的磷酸鹽溶液進(jìn)行吸附效果及單因素靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)，分別考慮了氧化鐵負(fù)載量、吸附劑用量、ph等因素對(duì)除磷效果的影響。將3 g/l hnts、0.5fe-hnt、1fe-hnt、2fe- hnt、5fe-hnt分別加入配制好的質(zhì)量濃度為10 mg/l的磷酸鹽溶液中，在25

13、 、ph=4.0條件下使用磁力攪拌儀240 r/min恒溫?cái)嚢瑁?40 min后取樣過濾，通過鉬酸銨分光光度法，使用過硫酸鉀消解后使用紫外可見分光光度計(jì)（島津，shimadzu- uv 2450）在700 nm下測(cè)定總磷吸光度。在配制好的質(zhì)量濃度為10 mg/l的磷酸鹽溶液中分別加入1、2、3、4、5 g/l的1fe-hnt和hnts，在ph=4.0條件下使用磁力攪拌儀240 r/min恒溫?cái)嚢瑁?40 min后取樣過濾，測(cè)定總磷濃度。配制質(zhì)量濃度為10 mg/l的磷酸鹽溶液，滴加hcl和naoh調(diào)節(jié)ph至4.0，使用ph計(jì)（phs-2f）直接測(cè)定ph值。分別將3 g/l的1fe-hnt和hn

14、ts加入到磷酸鹽溶液中，在25 條件下使用磁力攪拌儀240 r/min恒溫?cái)嚢?80 min，在0、10、30、60、120、240、360、480 min時(shí)刻取樣過濾，測(cè)定總磷濃度。配制質(zhì)量濃度為10 mg/l的磷酸鹽溶液，滴加hcl和naoh分別調(diào)節(jié)ph至2.0、4.0、7.0、10.0、12.0。分別將3 g/l的1fe-hnt和hnts加入調(diào)好ph的磷酸鹽溶液中，在25 條件下使用磁力攪拌儀240 r/min恒溫?cái)嚢瑁?40 min后取樣過濾，測(cè)定總磷濃度。分別配制質(zhì)量濃度為5、10、20、50、80、100 mg/l的磷酸鹽溶液，滴加hcl和naoh調(diào)節(jié)ph至4.0。將3 g/l的1

15、fe-hnt和hnts分別加入磷酸鹽溶液中，在25 條件下使用磁力攪拌儀240 r/min恒溫?cái)嚢瑁?40 min后取樣過濾，測(cè)定總磷濃度。分別配置質(zhì)量濃度為0、20、50、100 mg/l的cl-、no3-、so42-溶液，共12瓶。分別加入到質(zhì)量濃度為10 mg/l的磷酸鹽溶液中，滴加hcl和naoh調(diào)節(jié)ph至4.0。將3 g/l的1fe-hnt加入各混合溶液中，在25 條件下使用磁力攪拌儀240 r/min恒溫?cái)嚢瑁?40 min后取樣過濾，測(cè)定總磷濃度。1.3  吸附材料的再生實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)將3 g/l的1fe-hnt粉末與一定量10 mg/l磷酸鹽模擬廢水混合，在25 、ph=

16、4.0條件下使用磁力攪拌儀240 r/min恒溫震蕩15 h至吸附劑吸附飽和。取出吸附劑，在100 下干燥2 h后研磨過100目篩。使用上述方法制備飽和吸附劑。使用氫氧化鈉作為再生劑進(jìn)行解吸附實(shí)驗(yàn)：將3 g/l的飽和吸附劑加入錐形瓶中，與3 mol/l氫氧化鈉恒溫震蕩反應(yīng)一段時(shí)間后使用去離子水洗滌至中性，在100 下干燥2 h后研磨過100目篩，得到再生的吸附劑。1.4  數(shù)據(jù)分析方法使用microsoft office 2013 excel表格分析單因素各水平樣品的顯著差異性，p>0.05 表示差異性不顯著;0.01<p<0.01表示差異性極顯著。在spss19.

17、0中導(dǎo)入影響因素?cái)?shù)據(jù)，通過因子分析得到各影響因素對(duì)結(jié)果的貢獻(xiàn)率，直觀分析影響因素對(duì)吸附材料的吸附容量影響強(qiáng)弱。使用design-expert設(shè)計(jì)多因素實(shí)驗(yàn)組合，根據(jù)響應(yīng)曲面法得到最佳反應(yīng)組合。< p>2  結(jié)果與討論2.1  磷的吸附效果與影響因素分析2.1.1  氧化鐵負(fù)載量對(duì)吸附效果的影響如圖1所示，鐵負(fù)載量由0%增加到0.5%（wt）時(shí)，吸附容量從1.366 5 mg/g增加到1.637 5 mg/g;而當(dāng)鐵負(fù)載量由0.5%增加到1%（wt）時(shí)，吸附容量由1.637 5 mg/g增加到2.318 7 mg/g;鐵負(fù)載量為1%至5%（wt）時(shí)，吸附

18、容量的增加量逐漸減小：鐵負(fù)載量由1%增加到2%（wt）時(shí)，吸附容量增加了5.10%;鐵負(fù)載量由2%增加到5%（wt）時(shí)，吸附容量增加了6.35%。隨著鐵負(fù)載量的增加，吸附劑的吸附容量增加，磷酸鹽去除率分別為45.04%、50.34%、75.17%、78.14%和78.26%。吸附材料比表面積從52.678 m2/g上升到57.689 m2/g。hnts外壁上負(fù)載的氧化鐵數(shù)量增多，可吸附磷酸鹽的活性位點(diǎn)數(shù)上升，因此吸附劑的吸附容量持續(xù)增加16。氧化鐵成本按每16.56美元/kg計(jì)算，hnts成本按每4美元/kg計(jì)算，鐵負(fù)載量增多導(dǎo)致吸附材料制備成本增加。鐵負(fù)載量為0至1%（wt）時(shí)，吸附劑價(jià)格差

19、異分別為，0.4美元/kg、0.74美元/kg;而在1%至5%（wt）區(qū)間時(shí)，價(jià)格差異分別為6.96美元/kg、15.2美元/kg。因此，綜合吸附效果與成本考慮，鐵負(fù)載量為1%（wt）的改性吸附劑為除磷產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的最優(yōu)值。2.1.2  吸附劑用量對(duì)吸附效果的影響如圖2所示，當(dāng)1fe-hnt投加量分別為1、2、3、4、5 g/l時(shí)，磷吸附容量依次為2.236 0、2.318 9、2.401 6、2.484 6、2.732 9 mg/g;吸附劑從1 g/l增加到4 g/l過程中，吸附容量的增加速度逐漸減緩，吸附劑投加量從4 g/l增加到5 g/l時(shí)，吸附容量呈現(xiàn)快速增加狀態(tài)。當(dāng)hnts投

20、加量分別為1、2、3、4、5 g/l時(shí)，磷吸附容量依次為0.828 2、1.159 5、1.366 5、1.490 8、1.615 0 mg/g。吸附劑從1 g/l增加到2 g/l時(shí)，吸附容量呈現(xiàn)快速增加狀態(tài)。在240 min內(nèi)，隨著吸附劑用量的增加，兩種吸附材料的吸附容量均增加。對(duì)比1fe-hnt和hnts發(fā)現(xiàn)，在吸附劑用量相同時(shí)，1fe-hnt的吸附容量更大。綜合效果和經(jīng)濟(jì)因素，選擇吸附材料投加量為3 g/l作為本研究的最佳吸附劑投加量。2.1.3  反應(yīng)時(shí)間對(duì)吸附效果的影響隨反應(yīng)時(shí)間的增加，1fe-hnt和hnts的吸附容量先增加后達(dá)到平衡（圖3）。在0至60 min區(qū)間內(nèi)，1

21、fe-hnt和hnts的吸附容量分別達(dá)到1.904 7和1.615 0 mg/g，此區(qū)間內(nèi)吸附容量增長(zhǎng)速度最快。反應(yīng)240 min時(shí)，吸附容量不再隨時(shí)間變化，此時(shí)吸附達(dá)到平衡。反應(yīng)480 min，1fe-hnt的吸附容量增加到2.608 6 mg/g，hnts的吸附容量增加到1.697 7 mg/g。在吸附的前60 min內(nèi)1fe-hnt和hnts都表現(xiàn)出高效的吸附性。1fe-hnt在相同時(shí)間內(nèi)的吸附能力更強(qiáng)，且在前60 min內(nèi)吸附效率更高。通過建立langmuir模型和freundlich模型分析表明（圖4），兩種材料的吸附過程更符合langmuir模型（1fe-hnts、hnts的擬合方

22、程分別為y = 0.115 8x+0.998 4、y=0.404 1x+0.001 3;線性相關(guān)系數(shù)分別為0.978 3、0.916 6）。表明吸附材料對(duì)磷酸鹽的吸附屬于單分子層吸附，化學(xué)吸附是兩種材料吸附水中磷酸鹽的主要機(jī)制。模型中的n值可以反映吸附難易程度，當(dāng)1/n吸附動(dòng)力學(xué)是吸附系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)18。為進(jìn)一步探究1fe-hnt及hnts兩種材料的除磷過程，分別將兩種材料不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)的吸附量使用準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)、準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行擬合（圖5）。從表2可以看出，1fe-hnt和hnts的準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合方程分別為y = 0.360 9x + 6.944 7、y = 0.625x + 13.5

23、44，相關(guān)系數(shù)均大于0.99，優(yōu)于準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。將數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合時(shí)，q_e實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值相差較大，而使用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合時(shí)，q_e實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值相差較小。在準(zhǔn)一、二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合中，hnts的k值均大于1fe-hnt的k值，說明hnts吸附磷的速度更快，吸附容量時(shí)間曲線（圖3）也驗(yàn)證了這一結(jié)論。準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型可以更準(zhǔn)確地描述1fe-hnt和hnts對(duì)磷的吸附動(dòng)力學(xué)機(jī)制。準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程包含了吸附的所有過程：外部膜擴(kuò)散、顆粒內(nèi)擴(kuò)散和表面吸附19，這些吸附過程都建立在化學(xué)吸附的基礎(chǔ)上，推斷該吸附過程以顆粒內(nèi)擴(kuò)散為主。2.1.4  溶液體系ph對(duì)吸附效果的影響如圖

24、6所示，在ph=2.0到12.0的范圍內(nèi)均可發(fā)生磷酸鹽的吸附。1fe-hnt和hnts的吸附容量在不同ph下的變化趨勢(shì)大致相同：隨ph的增加，吸附劑材料的吸附容量均呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。ph=4.0時(shí)，吸附劑的吸附容量最大，ph升高或降低時(shí)，吸附容量均有所下降。1fe-hnt和hnts在相同ph下的兩組數(shù)據(jù)經(jīng)差異性分析后得出p值為0.001 156通過比較可得，在各ph條件下，1fe-hnt的除磷效果均優(yōu)于hnts。同時(shí)對(duì)各ph值條件下的兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析，所得p值為0.886 707>0.050 000，證明1fe-hnt對(duì)于中性及堿性含磷廢水同樣有很好的處理效果。因此，針對(duì)ph

25、中性、總磷質(zhì)量濃度約為12 mg/l20的水體，使用1fe-hnt可有效吸附除磷。hnts在邊緣上具有大量羥基，負(fù)載氧化鐵后會(huì)使羥基數(shù)量增多14，從而增強(qiáng)吸附劑與磷酸鹽的結(jié)合能力21。ph=4.0時(shí)，溶液中主要的磷酸鹽存在形式為h2po4-，1fe-hnt和hnts都對(duì)其具有親和力22。在堿性ph下，磷酸鹽吸附容量有所下降，這是由于帶負(fù)電荷的hnts和1fe-hnt外部與磷酸根陰離子之間發(fā)生了靜電排斥，磷酸根離子無法進(jìn)入hnts內(nèi)部，從而導(dǎo)致吸附容量降低;此外，oh-和磷酸鹽之間還可能發(fā)生吸附點(diǎn)位的競(jìng)爭(zhēng)23，導(dǎo)致了吸附容量的降低。2.1.5  初始磷濃度對(duì)吸附效果的影響污染地下水中總

26、磷質(zhì)量濃度通常約為12 mg/l，生活廢水總磷質(zhì)量濃度約為100 mg/l。因此，本研究將初始磷質(zhì)量濃度最小值設(shè)置為5 mg/l，最大值設(shè)置為100 mg/l。如圖7所示，對(duì)于1fe-hnt，隨初始磷濃度的增加，吸附容量不斷增加。當(dāng)初始磷質(zhì)量濃度在510 mg/l區(qū)間內(nèi)時(shí)，吸附容量從1.293 1 mg/g增加到1.777 5 mg/g，初始磷質(zhì)量濃度從10 mg/l增加到50 mg/l過程中，吸附容量增加。當(dāng)初始磷質(zhì)量濃度從50 mg/l增加到100 mg/l時(shí)，吸附容量增加，增加幅度減少。hnts的吸附容量變化趨勢(shì)與1fe-hnt基本相同。對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性差異分析，得到p =0.001

27、 0272.1.6  共存離子對(duì)吸附效果的影響如圖8所示，在不加入硫酸根離子、硝酸根離子和氯離子的磷酸鹽溶液中，吸附劑的吸附容量分別為2.443 0、2.360 3、2.236 0 mg/g。投加不同濃度的cl-、no3-、so42-后，吸附劑的吸附容量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性差異分析，得到p值分別為0.720 390、0.853 815和0.464 758，數(shù)據(jù)無顯著性差異。證明投加cl-、no3-、so42-對(duì)磷酸鹽的吸附?jīng)]有抑制作用，在溶液中加入共存的陰離子不會(huì)妨礙吸附劑吸附磷酸鹽。對(duì)反應(yīng)后的cl-、no3-、so42-溶液濃度進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)三種離子溶液濃度不發(fā)生變化。推

28、斷cl-、no3-、so42-不參與反應(yīng)。但有研究發(fā)現(xiàn)在除磷過程中添加一些金屬氧化物如nacl、kno3、na2so4等，吸附材料的吸附容量不受影響，甚至有所增加12，25，陰離子和金屬氧化物中間復(fù)合物的形成可以降低h2po4-和金屬氧化物之間的螯合反應(yīng)的能量12，推斷cl-、no3-、so42-可參與磷酸根離子的吸附過程26。與以往文獻(xiàn)報(bào)道不同的是，本研究中氧化鐵改性hnts在共存陰離子存在的情況下，對(duì)磷酸鹽表現(xiàn)出特有的優(yōu)先選擇性吸附能力。2.2  影響因素權(quán)重與響應(yīng)曲面分析使用spss軟件中的因子分析法，探討鐵負(fù)載量、吸附劑用量、反應(yīng)時(shí)間、ph和初始總磷濃度對(duì)除磷效果的權(quán)重。5個(gè)

29、因子的權(quán)重分別為78.209%、16.965%、4.739%、0.087%和0%。由權(quán)重可得鐵負(fù)載量對(duì)材料吸附容量的影響最強(qiáng)，其次為吸附劑用量、反應(yīng)時(shí)間、ph和初始總磷濃度。通過單因素實(shí)驗(yàn)可知，改性hnts吸附除磷效果主要受到鐵負(fù)載量、吸附劑用量、ph、時(shí)間、初始總磷濃度和共存離子等影響。其中，鐵負(fù)載量的增加顯然會(huì)導(dǎo)致吸附容量的增加。反應(yīng)到達(dá)平衡后，吸附劑的吸附容量也不再隨時(shí)間發(fā)生變化。而共存離子對(duì)除磷造成的影響甚微。因此本實(shí)驗(yàn)選取ph、初始總磷濃度和吸附劑用量作為響應(yīng)曲面法的自變量，優(yōu)化參數(shù)，確定最佳組合。使用design-expert軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，將ph、初始總磷濃度和吸附劑用量作為回

30、歸方程自變量，將吸附材料的吸附容量作為響應(yīng)值y。通過box-behnken設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)安排表27，根據(jù)實(shí)驗(yàn)安排表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入實(shí)驗(yàn)安排表，用3d曲面模擬各個(gè)影響因素間的關(guān)系。但由于模擬實(shí)驗(yàn)因素水平設(shè)置值有局限，計(jì)算結(jié)果未能顯示出ph的波動(dòng)變化。因此細(xì)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)，在ph=2.0至6.0水平上重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，得到的3d曲面模擬圖如圖9所示。對(duì)影響吸附容量的三個(gè)因素：ph、初始總磷濃度和吸附劑用量做進(jìn)一步最優(yōu)組合的分析，得到三組最優(yōu)反應(yīng)條件：ph=4.4、初始總磷質(zhì)量濃度99.9 mg/l、吸附劑用量4.9 g/l;ph=6.9、初始總磷質(zhì)量濃度99.8 mg/l、吸附劑用量3

31、.0 g/l;ph=10.2、初始總磷質(zhì)量濃度99.8 mg/l、吸附劑用量2.9 g/l。2.3  材料的循環(huán)再生利用與成本分析本研究使用相同吸附和解吸附條件進(jìn)行了5次吸附/解吸附循環(huán)再生實(shí)驗(yàn)。隨著循環(huán)次數(shù)的不斷增加，1fe-hnt對(duì)磷酸鹽的去除率逐漸減小。在循環(huán)了5次之后，去除率從72.58%降到69.20%，只下降了3.38%。綜合考慮經(jīng)濟(jì)因素和技術(shù)因素，選定改性hnts的最佳再生時(shí)間為120 min。孫霄等28使用摩爾濃度為1、2、3和4 mol/l的fecl3溶液制備載納米鐵花生殼除磷材料，再生利用5次后，除磷率分別下降29%、21%、20%和16%;錢程等29以膨潤(rùn)土為原

32、料制備了鈣改性膨潤(rùn)土（ca-b）除磷材料，經(jīng)過5次循環(huán)再生后，對(duì)磷的吸附率下降了15.7%。胡小蓮等30采用化學(xué)共沉淀法制備了fe3o4/bc（生物炭負(fù)載的納米四氧化三鐵）復(fù)合材料，經(jīng)過4次循環(huán)后，除磷率從90%下降到75%。對(duì)比其他除磷材料，本研究中的除磷材料具有較好的循環(huán)再生能力，因此該改性吸附劑可作為去除地下水中磷酸鹽的一種很有前景的新材料。3  結(jié) 論（1）氧化鐵改性hnts除磷效果優(yōu)于原始hnts。（2）最佳反應(yīng)條件為：4.9 g/l吸附劑用量，ph=4.4，99.9 mg/l初始總磷質(zhì)量濃度;3.0 g/l吸附劑用量，ph=6.9，99.8 mg/ll初始總磷質(zhì)量濃度;2

33、.9 g/l吸附劑用量，ph=10.2，99.8 mg/l初始總磷質(zhì)量濃度。三種條件下氧化鐵改性hnts吸附容量分別為6.279、5.664、5.634 mg/g。（3）各影響因素權(quán)重排序?yàn)殍F負(fù)載量>吸附劑用量>反應(yīng)時(shí)間>ph>初始總磷濃度。（4）磷吸附過程符合langmuir等溫吸附模型及準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，反應(yīng)240 min達(dá)到平衡。（5）共存離子（cl-、no3-、so42-）對(duì)吸附材料除磷無明顯抑制作用。（6）吸附材料再生循環(huán)利用5次，磷去除率從72.58%降到69.20%。參考文獻(xiàn)：1 汪勇強(qiáng). 硅藻土基吸附劑制備及對(duì)水體中磷酸根吸附性能研究d. 廣州：華南理工

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