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凹凸棒土应用于重金属离子吸附剂的研究孔泳;王志良;倪珺华;孙涛;陈智栋【摘要】以新型无机矿物材料凹凸棒土作为吸附剂处理废水中的重金属离子.通过扫描电镜、红外光谱及等温吸附-脱附曲线对凹凸棒土进行了表征,并阐述了凹凸棒土对重金属离子的可能吸附机理.在室温下,分别将0.05 g 凹凸棒土投入初始质量浓度为500 mg·L-1的Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的溶液中,凹凸棒土对上述离子的平衡吸附量分别高达99、56、117、198 mg·g-1.结果表明,用凹凸棒土吸附废水中的重金属离子切实可行、经济有效.【期刊名称】《分析测试学报》【年(卷),期】2010(029)012【总页数】4页(P1224-1227)【关键词】凹凸棒土;重金属离子;吸附【作者】孔泳;王志良;倪珺华;孙涛;陈智栋【作者单位】常州大学,化学化工学院,江苏,常州,213164;江苏省环境科学研究院,江苏省环境工程重点实验室,江苏,南京,210036;常州大学,化学化工学院,江苏,常州,213164;常州大学,化学化工学院,江苏,常州,213164;常州大学,化学化工学院,江苏,常州,213164【正文语种】中文【中图分类】O766.1;TQ577.33电镀行业是江苏省的重要产业之一,随着江苏省工业化水平的迅速发展,大量有害金属被排放入太湖流域,直接威胁着生态环境及人类健康。
目前,治理有害金属污染、净化水质的方法很多,其中,吸附法以其操作简单和实用有效的特点广受人们关注。
吸附法的关键在于吸附剂的性能,高效的吸附剂是研究者孜孜以求的目标[1]。
凹凸棒土是一种廉价易得的无机矿物材料,为含水的层链状镁质硅酸盐矿物。
其基本结构单元为2∶1层型,即 2层硅氧四面体夹 1层镁氧八面体组成单元层。
由于四面体的 Si4+被 Al3+替代置换,出现剩余负电荷[2-3]。
目前凹凸棒土在废水处理领域的应用,主要是用于处理印染废水,通过凹凸棒土对有机染料分子的吸附降低印染废水的色度和化学需氧量 (COD)的研究已有报道[4-5]。
林业工程学报，２０２３，８（５）：１６７－１７３ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０２３０３０２８收稿日期：２０２３－０３－２９㊀㊀㊀㊀修回日期：２０２３－０６－１１基金项目：国家自然科学基金（４２０７７３２３）；江苏省研究生科研与实践创新计划项目（ＳＪＣＸ２３＿０３３８）㊂作者简介：詹炎培，男，研究方向为环境岩土与地下工程㊂通信作者：杨平，男，教授㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｙａｎｇｐｉｎｇ＠ｎｊｆｕ．ｅｄｕ．ｃｎ新型凹凸棒石复合材料制备及其吸附性能詹炎培，杨平∗（南京林业大学土木工程学院，南京２１００３７）摘㊀要：有效去除污水中含氮含磷物质并合规排放成为水处理技术领域有待解决的关键课题㊂以凹凸棒石㊁沸石㊁硅藻土及氧化镧为原料制备球状固体复合材料，并对复合材料表面结构及元素含量进行表征，重点研究了复合材料在含氮含磷模拟废水中达到最佳吸附效果的工艺条件㊂结果表明：新型复合材料的氧化镧最优添加量为１％，选取６００ħ的煅烧温度㊂随材料投加量的减少及ｐＨ的不断增大，镧改性后的复合材料对氮㊁磷的去除率整体呈下降趋势㊂随初始质量浓度由２．０ｍｇ／Ｌ增加至１０．０ｍｇ／Ｌ，氮㊁磷的去除率变化均呈先增后降趋势，而随环境温度的升高，氮㊁磷去除率均先降低后升高，复合材料吸附氮磷污染物的最优工艺条件为环境温度２５ħ，ｐＨ取４．０，氮㊁磷溶液初始质量浓度取５ｍｇ／Ｌ，投入复合材料与溶液质量比１ʒ２０㊂此外，吸附动力学拟合结果表明，复合材料对氮㊁磷的吸附动力学特性与一级动力学模型吻合㊂关键词：凹凸棒石；复合材料；氧化镧；氮磷；吸附性能；水处理中图分类号：Ｘ５２３㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀㊀文章编号：２０９６－１３５９（２０２３）０５－０１６７－０７ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｎｅｗａｔｔａｐｕｌｇｉｔｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓＺＨＡＮＹａｎｐｅｉ，ＹＡＮＧＰｉｎｇ∗（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｗａｓｔｅｗａｔｅｒｆｒｏｍｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｉｓｄｉｒｅｃｔｌｙｄｉｓｃｈａｒｇｅｄｉｎｔｏｌａｋｅｓａｎｄｒｉｖｅｒｓ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｃａｕｓｅｔｈｅｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｃｏｎｔｅｎｔｏｆｗａｔｅｒｔｏｅｘｃｅｅｄｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｔａｎｄａｒｄｖａｌｕｅ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃ⁃ｔｉｖｅｒｅｍｏｖａｌｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｓｕｂｓｔａｎｃｅｓｉｎｓｅｗａｇｅｃｏｍｐｌｉａｎｃｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｉｓａｃｒｕｃｉａｌｉｓｓｕｅｔｏｂｅｓｏｌｖｅｄｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｍｏｄｅｒｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ，ｇｏｏｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔａｎｄｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒａｎｇｅ．Ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｕｓｅｓａｔｔａｐｕｌｇｉｔｅ，ｚｅｏｌｉｔｅ，ｄｉａｔｏｍｉｔｅ，ａｎｄｌａｎｔｈａｎｕｍｏｘｉｄｅａｓｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓｔｏｐｒｅｐａｒｅｓｐｈｅｒｉｃａｌｓｏｌｉｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈｓｔａｔｉｃａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｒｅｑｕｉｒｅｄｆｏｒｔｈｅｏｐｔｉｍａｌａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅ⁃ｒｉａｌｓｉｎｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｗａｓｔｅｗａｔｅｒａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅＳＥＭｉｍａｇｉｎｇａｎｄＥＤＳａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｅｌｅｍｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｓｐｈｅｒｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｒｅｃａｌｃｉｎｅｄａｔ６００ħｗｉｔｈ１％ｌａｎｔｈａｎｕｍｏｘｉｄｅｃｏｎｔｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｉｎｇｌｅｆａｃｔｏｒｓｔａｔｉｃａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈｏｗｔｈａｔａｌｌｆａｃｔｏｒｓｈａｖｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｇｒｅｅｓｏｆｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎａｍｏｕｎｔｓｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ．ＷｉｔｈｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆｍａｔｅｒｉａｌｄｏｓａｇｅａｎｄｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｐＨ，ｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｏｆｌａｎｔｈａｎｕｍｍｏｄｉｆｉｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｓｈｏｗａｄｏｗｎｗａｒｄｔｒｅｎｄ．Ａｓｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｍａｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｒｏｍ２ｍｇ／Ｌｔｏ１０ｍｇ／Ｌ，ｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｓｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｉｎｃｒｅａｓｅｆｉｒｓｔｌｙａｎｄｔｈｅｎｄｅｃｒｅａｓｅ，ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｓｏｆｎｉ⁃ｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｄｅｃｒｅａｓｅｆｉｒｓｔｌｙａｎｄｔｈｅｎｉｎｃｒｅａｓｅ．Ｗｈｅｎｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｍａｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓ⁃ｐｈｏｒｕｓｉｎｓｏｌｕｔｉｏｎｉｓ５ｍｇ／Ｌ，ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｂｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ２５ħａｎｄｐＨｏｆ４ｉｎｔｈｅｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｗｈｅｎｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｔｏｓｏｌｕｔｉｏｎｗａｓ１ʒ２０，ｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｓｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｂｙｆｉｌｔｅｒｍａｔｅｒｉａｌｒｅａｃｈｅｄ６３．６％ａｎｄ９２．６％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓｆｉｔｔｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｋｉ⁃ｎｅｔｉｃｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓａｒｅｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｆｉｒｓｔ⁃ｏｒｄｅｒｋｉｎｅｔｉｃｍｏｄｅｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｔｔａｐｕｌｇｉｔｅ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌ；ｌａｎｔｈａｎｕｍｏｘｉｄｅ；ｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ林业工程学报第８卷㊀㊀随着城市污水排水量不断增加，出现了未达环保标准的城市污水直接排放造成水体富营养化及黑臭水体等环境问题［１］，水体富营养化主要是由水体中氮㊁磷污染物激增导致［２］㊂目前，常用氮磷污染物处理方法有吸附法㊁化学沉淀法㊁离子交换法和膜过滤法等［３］，而吸附法由于其使用简便㊁处理效果佳㊁应用范围广的特点，被广泛应用于现代水处理技术领域㊂近年来，针对吸附方式进行污水处理已有不少研究㊂凹凸棒石在吸附工艺［４］中可再生，且能耗低，对污水处理非常有效；而沸石的特殊结构决定了它具有很强的离子交换吸附㊁扩散和催化性能，也是一种优良的吸附剂［５－６］；硅藻土结构成多孔状，它可以吸收对应自身质量的杂质，因此具有很强的吸附能力［７］㊂目前，多数采用吸附法的水处理工艺为直接投加粉末状吸附剂达到脱氮㊁除磷效果，忽略了粉末状材料在进行水处理修复过程中，由于所用矿物材料自身粒度细，投入水中易分散，存在二次污染的风险㊂有研究表明，将多种矿物原材料以水为黏合剂，通过高温煅烧形成复合材料，投入污水中不易分散㊂王宇喆等［８］以沸石为原料，将天然沸石碱洗后与Ｃａ（ＯＨ）２㊁膨润土进行混合，通过控制煅烧温度和煅烧速率制备出具有脱氮㊁除磷能力的高强度复合球状材料㊂而稀土元素镧作为一种非常活跃的金属元素，在经过镧改性后的复合材料对磷酸根离子具有极强的吸附性能，尤其是当溶液中磷酸根离子浓度较高时，利用镧化合物吸附磷酸根离子的基本机理是通过氢氧化镧形成聚合物来实现磷酸根离子的去除，同时，镧改性材料也因为具有很好的生物相适性且不会破坏原有生态系统而备受多数研究者的青睐［９－１３］㊂新型复合材料在污水处理领域进行大力推广对环境保护大有裨益㊂目前，吸附法已广泛应用于水处理中，但是由于处理成本高昂且不满足协同实现 双碳 目标的路线，故仍需开发新型材料提高吸附性能进行同步脱氮除磷㊂本研究采用稀土矿物和多种无机原料复配，改进了生物固化材料对磷吸附效果不明显的问题，同时，球状复合材料粒径均超过４．１ｍｍ，可设置滤网进行回收避免二次污染㊂１㊀材料与方法１．１㊀实验材料实验制备复合材料主要原材料有凹凸棒石㊁硅藻土㊁沸石㊁氧化镧㊂凹凸棒石取自安徽滁州，是一种具有独特层状㊁链状结构的硅酸盐矿物，对污水处理非常有效；沸石取自安徽芜湖，是一种优良的吸附剂㊁离子交换剂和催化剂；硅藻土取自吉林长春，化学纯，主要由二氧化硅组成，含有少量的氧化铝㊁氧化铁㊁氧化钙㊁氧化镁等金属氧化物，成多孔状，可以吸收对应自身质量的杂质；氧化镧购自南京大学试剂平台，镧元素作为一种非常活跃的金属元素，共同价是＋３价，镧改性吸附材料由于其对磷酸根具有很强的亲和性，尤其是在高浓度的磷酸盐溶液中吸附性能显著㊂１．２㊀复合材料制备方法根据实验需要，以氧化镧添加量为研究变量，同时按４０ʒ５５ʒ５的质量比取凹凸棒石㊁沸石㊁硅藻土３种无机原材料㊂使用伏虎式混料机以此３种原材料与一定量氧化镧充分混合，再通过造粒机以离子水作为黏合剂使其结合成球状固体，粒径均大于４．１ｍｍ，后取复合材料使用马弗炉设置温度分组５００，６００，７００ħ，分３组不同温度均煅烧４ｈ，以保证复合材料彻底煅烧完成，对孔道吸附不产生影响，硬度达到一定标准，且具有耐水性，不易分散㊂实验研究发现该复合材料在７００ħ及以上的高温下结构会发生破坏，对氮的吸附效果有较大影响，同时考虑到经济节能的因素，选用６００ħ温度进行煅烧最合适㊂１．３㊀实验方法１．３．１㊀静态吸附实验取２００ｇ氯化铵和磷酸二氢钾混合溶液（初始质量浓度２．０，５．０，１０．０ｍｇ／Ｌ），控制吸附材料与溶液投入质量比例（１ʒ１０，１ʒ２０，１４０，１ʒ１００），置于恒温振荡器中，调整环境温度（１０，２５，３０ħ）及溶液ｐＨ（２．０ ８．０），单因素控制变量进行实验，在充分振荡２４ｈ后，分别采用钼酸铵分光光度法及纳氏试剂分光光度法测定溶液中残留氮和磷的含量㊂通过公式Ｒ＝（Ｃ０－Ｃ）／Ｃ０ˑ１００％（Ｒ为静态吸附实验后的氮㊁磷去除率，Ｃ０和Ｃ分别为吸附前㊁后溶液氮㊁磷浓度）处理数据，计算复合材料对氮㊁磷的去除率㊂１．３．２㊀吸附动力学实验取２００ｇ含氮含磷模拟废水（氨氮５ｍｇ／Ｌ㊁磷５ｍｇ／Ｌ），调节溶液ｐＨ为４．０，吸附材料投加质量比１ʒ２０，分别在第１０，２０，６０，１２０，２４０，４８０，７２０，１４４０ｍｉｎ取样，测定氮磷浓度㊂１．３．３㊀材料强度测试分别以５００，６００，７００ħ３个不同煅烧条件为组别进行复合材料的强度检测，每组进行２０次强度检测实验，最后生成强度的平均值，单位为ｋＮ／ｍ２㊂８６１㊀第５期詹炎培，等：新型凹凸棒石复合材料制备及其吸附性能１．３．４㊀ＳＥＭ表征分析通过高倍扫描电子显微镜观察复合材料的表面形态和结构特征，同时利用Ｘ射线光电子能谱仪分析复合材料的化学成分，输出元素分布图㊂在表征分析前，材料样品先进行抽真空和干燥操作，取单个材料样品固定于炭导电胶带上，以免材料堆积影响观察结果，表征分析以６００ħ温度煅烧得到的复合材料为样品，得到复合材料扫描电镜下微观表面结构与ＥＤＳ能谱分析结果㊂２㊀结果与分析２．１㊀复合材料强度检测实验结果以５００，６００，７００ħ３个不同煅烧温度为变量分组进行强度检测，复合材料强度检测结果如表１所示㊂由表１可知，复合材料强度随烘烤温度的升高而增大，５００ħ时煅烧的材料强度仅为４３．１４９ｋＮ／ｍ２，且复合材料投入水中出现了少量结构分散现象，而该复合材料在６００和７００ħ时投入模拟废水进行吸附的过程中均未出现结构分散现象，且两个温度条件下材料强度相差较小㊂经过６００ħ煅烧时，复合材料强度平均值达到６８．８７６ｋＮ／ｍ２，符合自支撑强度要求，结合经济性因素及低碳要求考虑，选择在６００ħ条件下进行复合材料煅烧较为合适㊂表１㊀复合材料强度Ｔａｂｌｅ１㊀Ｓｔｒｅｎｇｔｈｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ温度／ħ平均强度／（ｋＮ㊃ｍ－２）均方差５００４３．１４９１１．５８１６００６８．８７６１３．５６４７００７２．８０３１５．７６６２．２㊀复合材料表征分析高倍电子显微镜扫描结果（图１）表明：复合材料的表面形成了许多珊瑚状结构，大大增加了其比表面积，有利于吸附反应的进行㊂从微观结构不难看出，高温煅烧下，作为黏结剂的水消失，硅藻土与沸石结合后的形态发生了变化，留下此类多孔结构㊂对６００ħ煅烧下复合材料的样品进行ＥＤＳ能谱元素分析（图２），结果表明：检测到除镧元素外，新型凹凸棒石复合材料明确含有一定比例铝㊁钙㊁铁㊁镁等元素，而铝㊁钙㊁铁㊁镁等金属离子能与废水中的磷酸根离子结合，发生化学反应形成沉淀，此外，矿质元素的溶解能提高硅藻土基复合颗粒吸附材料的吸附性能㊂因此，与原各组成矿物材料相比，镧改性的复合材料具有更多的有益于脱氮除磷的活性基团和结构组分，提升了材料的吸附性能㊂图１㊀复合材料微观表面结构Ｆｉｇ．１㊀ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｕｎｄｅｒＳＥＭ图２㊀６００ħ煅烧样品ＥＤＳ能谱分析Ｆｉｇ．２㊀ＥＤＳａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓａｍｐｌｅｓｃａｌｃｉｎｅｄａｔ６００ħ２．３㊀静态吸附实验结果分析２．３．１㊀氧化镧配比对吸附效果的影响针对新型凹凸棒石复合材料氧化镧占比的制备工艺进行研究，以氧化镧添加量分别占总质量比例为０．５％，１．０％和２．０％设置实验分组，２４ｈ后测定此３组氧化镧配比下复合材料对氮㊁磷的去除率㊂图３㊀氧化镧比例对氮磷去除效果影响Ｆｉｇ．３㊀Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｌａｎｔｈａｎｕｍｏｘｉｄｅｒａｔｉｏｏｎｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｍｏｖａｌ测试结果如图３所示，结果表明：３组不同氧化镧配比下制得的复合材料对磷的去除率均稳定９６１林业工程学报第８卷在９０％以上；而复合材料对氮的吸附效果，在氧化镧占比为０．５％时复合材料对氮的去除率为２０．６０％，说明氧化镧含量较低（０．５％）时，复合材料对氮吸附效果较差㊂氧化镧含量达到１．０％时，氮去除率达到６３．６％，当进一步增加氧化镧占比至２．０％，复合材料对氮吸附效果没有明显提高㊂考虑经济性因素，将镧改性复合材料吸附方式进行实际应用，氧化镧的最佳配比取１．０％㊂２．３．２㊀复合材料投加量对吸附效果的影响选用１０．０ｍｇ／Ｌ氯化铵和磷酸二氢钾混合溶液２００ｇ，设定环境温度为２５ħ，分别以１ʒ１０，１ʒ２０，１ʒ４０和１ʒ１００４个不同的投料质量比分组实验，测得氮㊁磷的去除率如图４所示㊂图４㊀复合材料投加比例对氮磷去除率的影响Ｆｉｇ．４㊀ＥｆｆｅｃｔｓｏｆａｄｄｉｎｇｒａｔｉｏｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｏｎＮａｎｄＰｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅ由图４可知，随复合材料投加量不断减小（１ʒ１０ １ʒ１００），氮的去除率始终呈双曲线型的加速递减规律，当投料比减小至１ʒ１００时，复合材料对氮的去除率降低至３０．７０％㊂这是由于吸附材料占比减小，吸附材料可提供吸附能力和表面吸附面积也随之减少，进而对溶液中氮的去除率也降低㊂而复合材料与溶液质量比保持在１ʒ１０ １ʒ４０时，去除率始终高于９５％㊂可见镧改性的复合材料显著提高了其对磷酸盐的吸附性能，然而，当复合材料投入比降至１ʒ１００时，磷酸盐的去除率骤降至３４％，不难看出，随着可供吸附的表面积减少，去除率不可避免发生降低㊂镧改性复合材料对磷的去除率随投加量增加经历了先迅速上升后趋于平缓的变化过程，对氨氮的去除率则是呈持续缓慢上升的变化规律（图４）㊂这是由于新型凹凸棒石复合材料对铵根离子和磷酸根离子存在不同的吸附机理，复合材料表面的正电基团Ｌａ⁃ＯＨ＋２优先与溶液中带负电荷的磷酸根离子产生静电吸引，并且吸附材料表面的羟基基团和废水中磷酸根离子之间发生配位体交换完成吸附㊂综上所述，复合材料与溶液质量比为１ʒ４０可作为最佳工艺条件㊂２．３．３㊀溶液初始浓度对吸附效果的影响在２５ħ室温环境，废水ｐＨ为４．０㊁投料比为１ʒ４０的变量条件下，调整氯化铵和磷酸二氢钾混合溶液初始质量浓度统一分为２．０，５．０，１０．０ｍｇ／Ｌ３组，实验研究含氮含磷溶液浓度对复合材料吸附氮㊁磷效果的影响，实验结果如图５所示㊂由图５可知，随混合溶液中氯化铵和磷酸二氢钾的初始质量浓度从２．０ｍｇ／Ｌ增加到１０．０ｍｇ／Ｌ，去除率先升高后下降，但整体去除效果变化不大㊂对比铵根离子的吸附效果，磷酸根离子的吸附效果更好，去除率保持在８５％以上㊂不难看出，控制其他变量的前提下，在２．０ｍｇ／Ｌ的混合溶液中，吸附材料能快速吸附溶质，并在短时间内达到吸附饱和，吸附反应基本达到平衡㊂而随着溶液中铵根离子质量浓度增加（２．０ ５．０ｍｇ／Ｌ），氮吸附效果变化不明显，当铵根离子质量浓度继续增加至１０．０ｍｇ／Ｌ，其去除率呈下降趋势㊂进一步探究吸附机理可以看出，新型凹凸棒石复合材料的吸附位置为固定，当铵根离子浓度较低时，吸附位点是未饱和的，然而随着铵根离子浓度增加，吸附位点迅速被占据，直至达到饱和后吸附效果降低［１４］㊂因此，在静态吸附试验过程中，选择氮溶液初始质量浓度为５．０ｍｇ／Ｌ较为合适㊂图５㊀溶液初始浓度对去除率的影响效果Ｆｉｇ．５㊀Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｉｎｉｔｉａｌｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｏｌｕｔｉｏｎｏｎｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅ２．３．４㊀温度对吸附效果的影响以初始质量浓度１０．０ｍｇ／Ｌ氯化铵和磷酸二氢钾混合溶液２００ｇ，控制环境温度为２５ħ，ｐＨ为４．０，吸附材料投加质量比为１ʒ２０，探究不同环境温度对材料吸附效果的影响，实验结果如图６所示㊂由图６可知：随着环境温度变化（１０ ３５ħ），氮㊁磷去除率变化规律均呈先降低后升高趋势，总体变化幅度在１０％范围内；２５ħ时，氮㊁磷去除率均处于最小值，分别为７０．０％和８８．５％；随着温度０７１㊀第５期詹炎培，等：新型凹凸棒石复合材料制备及其吸附性能升至３５ħ，氮㊁磷去除率分别增长至７９．５０％和９５．５０％㊂根据热力学原理，不难得出在较高温度的溶液中，磷酸根离子的运动更加剧烈，从而提高吸附反应速率，而总体吸附效果并未显著变化［１５］㊂综合考虑经济性和后期投入实践应用的方便性，最佳工艺条件的环境温度为２５ħ㊂图６㊀温度对氮磷去除效果影响Ｆｉｇ．６㊀Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｓ２．３．５㊀ｐＨ对吸附效果的影响控制变量为环境温度２５ħ㊁初始质量浓度５．０ｍｇ／Ｌ㊁投料比１ʒ４０条件下，材料ｐＨ对氮和磷的去除效果影响如图７所示㊂图７㊀ｐＨ对氮磷吸附效果的影响Ｆｉｇ．７㊀ＥｆｆｅｃｔｓｏｆｐＨｏｎｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｅｓ由图７可知，当废水溶液ｐＨ不断增大（ｐＨ为２ ８），新型凹凸棒石复合材料对氮㊁磷的去除率均呈不断降低的变化规律㊂当ｐＨ为６ ８时，磷酸根离子的吸附反应已达到平衡，去除率约为５５％㊂可见，溶液碱性增加，复合材料对溶液中铵根离子的吸附效果持续降低㊂在含氮含磷的溶液逐渐呈弱碱性时，氮去除率仅为１３．５０％㊂进一步探究静态吸附机理分析可得，氮㊁磷污染物在模拟废水中主要以铵根和磷酸根形式存在㊂随着碱性不断增强，复合材料中的金属离子会与污水中铵根离子竞争吸附，与氢氧根离子结合生成沉淀，将导致铵根离子无法被有效去除，从而使复合材料对氮的吸附效果降低㊂结合ＥＤＳ能谱结果进一步分析吸附机理可见，溶液在酸性条件下，复合材料释放出更多金属离子㊂ＥＤＳ能谱结果表明，复合材料中含有一定量的钙㊁铁㊁镁等元素，其与磷酸盐结合形成沉淀，起到除磷效果㊂而在碱性环境下，虽然金属离子的释放受到抑制，铁离子结合改性后的吸附底物很容易在复合材料表面形成氢氧化铁絮凝物，一定程度上减小了复合材料的比表面积，不利于铵根离子和磷酸根离子的吸附及沉淀㊂考虑到工艺方便性，最佳吸附环境的ｐＨ宜取４．０㊂２．４㊀复合材料吸附动力学特征常用来描述吸附反应过程的动力学模型如下㊂准一级反应动力学方程：ｌｎ（ｑｅ－ｑｔ）＝ｌｎｑｅ－ｋ１ｔ（１）准二级反应动力学方程：ｔｑｔ＝ｔｑｅ＋１ｋ２ｑ２ｅ（２）式中：ｑｔ为某时刻复合材料对磷的吸附量，ｍｇ／Ｌ；ｑｅ为平衡吸附量的实验值，ｍｇ／Ｌ；ｋ１为准一级吸附速率常数，ｍｉｎ；ｔ为吸附时间，ｍｉｎ；ｋ２为准二级吸附速率常数，ｇ／（ｍｇ㊃ｍｉｎ）㊂根据表２复合材料对氮㊁磷等温吸附实验结果，并分别以式（１）（２）两个动力学方程进行线性拟合，得到在复合材料吸附氮㊁磷过程中，通过准一级动力学方程式拟合得出的平衡吸附量（ｑｅ）与实验值非常接近，说明准一级动力学方程模型与复合材料吸附废水中氮㊁磷的动力学过程吻合㊂表２㊀复合材料对氮㊁磷等温吸附量统计Ｔａｂｌｅ２㊀Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｉｓｏｔｈｅｒｍａｌａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ时间／ｍｉｎ氮吸附量／（ｍｇ㊃Ｌ－１）磷吸附量／（ｍｇ㊃Ｌ－１）０００１００．２５３６６０．６４６８８２００．２８７８６０．７０３１３６０１．６６７３１１．３９６８８１２０１．８９２４７２．００６２５２４０２．４７６７４３．３７５００４８０３．４７４２７４．７８６１３７２０３．６９６５８４．８０６１３１４４０４．０１８６４４．８７６１３３６００４．２５９６３４．８０６１３㊀㊀准一级动力学方程式拟合结果（图８㊁９）计算得到的氮㊁磷吸附动力学方程如下：ｙＮ＝３．９７４６６ˑ１－ｅ－０．００５０６ｘ()（３）ｙＰ＝４．９１７１６ˑ１－ｅ－０．００５１３ｘ()（４）１７１林业工程学报第８卷图８㊀复合材料对氮吸附的一级动力学拟合曲线Ｆｉｇ．８㊀Ｆｉｔｔｉｎｇｃｕｒｖｅｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ图９㊀复合材料对磷吸附的一级动力学拟合曲线Ｆｉｇ．９㊀Ｆｉｔｔｉｎｇｃｕｒｖｅｏｆｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ通过对吸附反应动力学机理进一步探究可以得出，若材料的一个位点被吸附物占据，该位点就不再吸附其他吸附物，导致吸附速率逐渐降低，直至达到吸附平衡㊂由氮㊁磷准一级吸附动力学拟合曲线（图８㊁９）可见，在静态吸附试验过程中，前２ｈ曲线上升趋势陡峭，经过８ｈ后吸附曲线向吸附平衡趋势过渡，说明氮磷的吸附逐渐达到稳定状态㊂吸附过程可分为３个阶段：第１阶段，铵根离子通过液膜转移到吸附剂的外表面，吸附时间越长，扩散力越大，膜扩散过程越快；第２阶段，扩散过程由内扩散和膜扩散组成，吸附速率逐渐降低；第３阶段，复合材料吸附性能达到饱和，吸附量不再变化，直至达到吸附平衡［１６］㊂３㊀结㊀论１）新型凹凸棒石复合材料经６００ħ高温煅烧后达到自支撑目的㊂随着氧化镧含量增加，材料对铵根离子的吸附能力不断提升，氧化镧占比１％时，氮㊁磷去除效果趋于稳定，去除率分别达到６３．６０％和９２．６％㊂结合经济因素考虑，氧化镧最优质量占比为１％㊂２）随着材料投加量的减少及ｐＨ增大，复合材料对氮㊁磷的去除率整体均呈下降趋势㊂最优工艺条件为复合材料与溶液质量比１ʒ２０，ｐＨ取４．０㊂溶液初始氮㊁磷浓度与环境温度的变化对氮㊁磷去除率影响不大，初始质量浓度由２．０ｍｇ／Ｌ增加至１０．０ｍｇ／Ｌ，氮㊁磷的去除率变化均呈先增后降趋势，相反，随环境温度的升高，氮磷去除率均先降低后升高㊂在环境温度２５ħ，模拟废水中铵根离子与磷酸根离子质量浓度为５ｍｇ／Ｌ时达到最佳吸附效果㊂３）稀土元素镧存在于新型复合材料的孔状结构中，因此对磷的去除效果有促进作用㊂复合材料具有质地疏松㊁多凹凸不平以及蜂窝状的表面结构，这种微孔状的结构增加了其比表面积及吸附性能；吸附动力学拟合结果表明，复合材料对氮㊁磷的吸附动力学曲线符合一级动力学模型㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］纪桂霞，任振兴，杨继柏．城市河道水体富营养化污染特征分析［Ｊ］．上海理工大学学报，２０２２，４４（５）：５０２－５０７．ＤＯＩ：１０．１３２５５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｕｓｓｔ．２０２２０２２３００３．ＪＩＧＸ，ＲＥＮＺＸ，ＹＡＮＧＪＢ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｅｕｔｒｏｐｈｉｃａｔｉｏｎｐｏｌｌｕｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｂｏｄｉｅｓｉｎｕｒｂａｎｒｉｖｅｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｈａｎｇｈａｉｆｏｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２２，４４（５）：５０２－５０７．［２］林岚，张彦隆，曹文志，等．同步脱氮除磷技术研究进展［Ｊ］．工业水处理，２０１９，３９（１０）：７－１３．ＤＯＩ：１０．１１８９４／ｉｗｔ．２０１８－０９０１．ＬＩＮＬ，ＺＨＡＮＧＹＬ，ＣＡＯＷＺ，ｅｔａｌ．ＲｅｖｉｅｗｏｎｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｍｏｖａＩｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ［Ｊ］．ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＷａｔｅｒＴｒｅａｔｍｅｎｔ，２０１９，３９（１０）：７－１３．［３］李冬，李悦，李雨朦，等．好氧颗粒污泥同步硝化内源反硝化脱氮除磷［Ｊ］．中国环境科学，２０２２，４２（３）：１１１３－１１１９．ＤＯＩ：１０．１９６７４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ１０００－６９２３．２０２２．００６７．ＬＩＤ，ＬＩＹ，ＬＩＹＭ，ｅｔａｌ．Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｅｎｉｔｒｉ⁃ｆｉｃａｔｉｏｎｏｆａｅｒｏｂｉｃｇｒａｎｕｌａｒｓｌｕｄｇｅｆｏｒｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅ⁃ｍｏｖａｌ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅ，２０２２，４２（３）：１１１３－１１１９．［４］ＹＡＮＧＳＸ，ＷＡＮＧＱ，ＺＨＡＯＨＺ，ｅｔａｌ．Ｂｏｔｔｏｍ⁃ｕｐｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆＭＯＦ⁃ｄｅｒｉｖｅｄｍａｇｎｅｔｉｃＦｅ⁃Ｃｅｂｉｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｗｉｔｈｕｌｔｒａｈｉｇｈｐｈｏｓ⁃ｐｈａｔｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｏｕｒｎａｌ，２０２２，４４８：１３７６２７．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｅｊ．２０２２．１３７６２７．［５］刘泉利．氧化镧改性硅酸盐矿物的表征及其除磷机理研究［Ｄ］．北京：北京科技大学，２０１７．ＬＩＵＱＬ．Ｓｔｕｄｙｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｌａｎｔｈａｎｕｍ（Ⅲ）ｏｘｉｄｅｍｏｄｉｆｉｅｄｓｉｌｉｃａｔｅｍｉｎｅｒａｌｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｍｏｖａｌ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，２０１７．［６］谢爱娟，罗士平，孔泳，等．凹凸棒石基复合材料处理印染废水的研究［Ｊ］．环境科学与技术，２０１３，３６（８）：１２７－１３０，１８６．ＸＩＥＡＪ，ＬＵＯＳＰ，ＫＯＮＧＹ，ｅｔａｌ．Ｔｒｅａｔｉｎｇｄｙｅｉｎｇｗａｓｔｅｗａｔｅｒｂｙａｔｔａｐｕｌｇｉｔｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏ⁃２７１㊀第５期詹炎培，等：新型凹凸棒石复合材料制备及其吸附性能ｇｙ，２０１３，３６（８）：１２７－１３０，１８６．［７］郜玉楠，周历涛，王静，等．壳聚糖包覆沸石分子筛处理微污染水中的氨氮［Ｊ］．环境工程，２０１８，３６（１２）：１０８－１１２，１７６．ＤＯＩ：１０．１３２０５／ｊ．ｈｊｇｃ．２０１８１２０２２．ＧＡＯＹＮ，ＺＨＯＵＬＴ，ＷＡＮＧＪ，ｅｔａｌ．Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎｉｎｍｉｃｒｏ⁃ｐｏｌｌｕｔｅｄｗａｔｅｒｂｙｃｈｉｔｏｓａｎｃｏａｔｅｄｚｅｏｌｉｔｅｍｏｌｅ⁃ｃｕｌａｒｓｉｅｖｅ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１８，３６（１２）：１０８－１１２，１７６．［８］王宇喆，尹心安，张洪刚．沸石复合颗粒材料的制备方法优选及其脱氮除磷性能研究［Ｊ］．北京师范大学学报（自然科学版），２０２０，５６（５）：７４０－７４９．ＤＯＩ：１０．１２２０２／ｊ．０４７６－０３０１．２０２０１０２．ＷＡＮＧＹＺ，ＹＩＮＸＡ，ＺＨＡＮＧＨＧ．Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｎｉ⁃ｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｍｏｖａｌｃａｐａｃｉｔｙｏｆｚｅｏｌｉｔｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐａｒ⁃ｔｉｃｕｌａｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｅｉｊｉｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔ⁃ｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ），２０２０，５６（５）：７４０－７４９．［９］曹蕾，张龙，张效华，等．新型复合材料处理氮磷废水的性能研究［Ｊ］．环境科学学报，２０２０，４０（１１）：３９５０－３９５７．ＤＯＩ：１０．１３６７１／ｊ．ｈｊｋｘｘｂ．２０２０．０１７１．ＣＡＯＬ，ＺＨＡＮＧＬ，ＺＨＡＮＧＸＨ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｎｅｗｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｍｏｖａｌｉｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ［Ｊ］．ＡｃｔａＳｃｉｅｎｔｉａｅＣｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅ，２０２０，４０（１１）：３９５０－３９５７．［１０］张海柱，杨平，王璞，等．稀土元素在水体富营养化治理中的应用［Ｊ］．稀土，２０２３，４４（４）：１２５－１３９．ＤＯＩ：１０．１６５３３／Ｊ．ＣＮＫＩ．１５－１０９９／ＴＦ．２０２３００２７．ＺＨＡＮＧＨＺ，ＹＡＮＧＰ，ＷＡＮＧＰ，ｅｔａｌ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｒａｒｅｅａｒｔｈｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎｅｕｔｒｏｐｈｉｃａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＲａｒｅＥａｒｔｈｓ，２０２３，４４（４）：１２５－１３９．［１１］林娟，姚佳雯，魏笑，等．镧改性膨润土对磷吸附特性㊁机理与影响因素［Ｊ］．环境科学与技术，２０２１，４４（１）：７－１２．ＤＯＩ：１０．１９６７２／ｊ．ｃｎｋｉ．１００３－６５０４．２０２１．０１．００２．ＬＩＮＪ，ＹＡＯＪＷ，ＷＥＩＸ，ｅｔａｌ．Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｍｅｃｈａ⁃ｎｉｓｍａｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓｏｆｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｏｎｐｈｏｓｌｏｃｋ［Ｊ］．Ｅｎｖｉ⁃ｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２１，４４（１）：７－１２．［１２］ＨＵＡＮＧＨＭ，ＸＩＡＯＤＡ，ＰＡＮＧＲ，ｅｔａｌ．Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｒｅｍｏｖａｌｏｆｎｕｔｒｉｅｎｔｓｆｒｏｍｓｉｍｕｌａｔｅｄｓｗｉｎｅｗａｓｔｅｗａｔｅｒｂｙａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｍｏｄｉｆｉｅｄｚｅｏｌｉｔｅｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｓｔｒｕｖｉｔｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｏｕｒｎａｌ，２０１４，２５６：４３１－４３８．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｅｊ．２０１４．０７．０２３．［１３］ＧＡＮＸＹ，ＫＬＯＳＥＨ，ＲＥＩＮＥＣＫＥＤ．Ｓｔａｂｌｅｙｅａｒ⁃ｒｏｕｎｄｎｕｔｒｉｅｎｔｓｒｅｍｏｖａｌａｎｄｒｅｃｏｖｅｒｙｆｒｏｍｗａｓｔｅｗａｔｅｒｂｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ⁃ｓｃａｌｅａｌｇａｌＴｕｒｆＳｃｒｕｂｂｅｒ（ＡＴＳ）［Ｊ］．ＳｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈ⁃ｎｏｌｏｇｙ，２０２３，３０７：１２２６９３．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｓｅｐｐｕｒ．２０２２．１２２６９３．［１４］ＬＩＵＤ，ＨＵＡＮＧＺＢ，ＭＥＮＳＨ，ｅｔａｌ．Ｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｉｎａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎｓｂｙｈｕｍｉｃａｃｉｄｓｆｒｏｍｗｅａｔｈｅｒｅｄｃｏａｌ：ｉｓｏｔｈｅｒｍ，ｋｉｎｅｔｉｃｓａｎｄｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＷａｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ａＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｏｎＷａｔｅｒＰｏｌｌｕｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１９，７９（１１）：２１７５－２１８４．ＤＯＩ：１０．２１６６／ｗｓｔ．２０１９．２１８．［１５］ＪＩＧＤ，ＺＨＯＵＹ，ＴＯＮＧＪＪ．Ｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｃｅｒａｍｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｍａｄｅｆｒｏｍｃｏａｌａｓｈａｎｄｍｅｔａｌｌｉｃｉｒｏｎ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，２０１０，２７（１０）：８７１－８７８．ＤＯＩ：１０．１０８９／ｅｅｓ．２０１０．００８６．［１６］ＷＡＮＧＭＪ，ＨＵＳＫ，ＷＡＮＧＱＧ，ｅｔａｌ．ＥｎｈａｎｃｅｄｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｂｙｎｏｖｅｌｐａｎｄａｍａｎｕｒｅｂｉｏｃｈａｒｍｏｄｉｆｉｅｄｂｙＣＭＣｓｔａｂｉｌｉｚｅｄｎＺＶＺｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｎａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎ：ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｏ⁃ｔｅｎｔｉａｌ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｌｅａｎｅｒＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，２０２１，２９１：１２５２２１．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｊｃｌｅｐｒｏ．２０２０．１２５２２１．（责任编辑㊀田亚玲）３７１。
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 3 期含钛高炉渣制备复合吸附剂及其铬吸附性能董晓涵，田月，苏毅（昆明理工大学化学工程学院，云南 昆明 650000）摘要：Cr(Ⅵ)是一种有害污染物，既污染水环境，也会对人体造成伤害。
本文以工业固废含钛高炉渣为原料，通过酸浸得到浸出渣基体，经壳聚糖改性，制备一种新型GLZ-jcz/CS 复合吸附剂，用来去除废水中的Cr(Ⅵ)。
研究了吸附温度、废水pH 、吸附剂量、Cr(Ⅵ)初始浓度、吸附时间对Cr(Ⅵ)吸附性能的影响。
以Cr(Ⅵ)吸附率为评价指标，确定最优实验条件，并研究了GLZ-jcz/CS 复合吸附剂的再生性能。
采用扫描电子显微镜、傅里叶红外变换光谱仪、X 射线光电子能谱仪 、BET 比表面积测试仪对GLZ-jcz/CS 复合吸附剂进行表征，结合吸附动力学模型和吸附等温线模型分析，确定吸附机理。
实验结果表明：当吸附温度为70℃、废水pH=4、吸附剂用量为0.13g 、Cr(Ⅵ)初始浓度为50mg/L 、吸附时间为2h 时，吸附率达到99.8%，吸附容量可以达到67mg/g ，GLZ-jcz/CS 复合吸附剂经过6次洗脱，吸附率仍可达到96%以上，吸附模型符合拟二级动力学模型和Langmuir 吸附等温模型。
关键词：复合吸附剂；Cr(Ⅵ)吸附率；动力学模型；等温线模型；含钛高炉渣；壳聚糖改性中图分类号：X52 文章编号：A 文章编号：1000-6613（2024）03-1552-13Study on the preparation of composite adsorbent with titanium-containing blast furnace slag and chromium adsorption performanceDONG Xiaohan ，TIAN Yue ，SU Yi(School of Chemical Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650000, Yunnan, China)Abstract: Cr(Ⅵ) is a harmful pollutant that not only pollutes the water environment but also causes harm to humans. In this paper, a new composite adsorbent (GLZ-jcz/CS) was prepared for the removal of Cr(Ⅵ) from wastewater, using industrial solid waste containing titanium blast furnace slag as raw material, and the leached slag matrix was obtained by acid leaching and modified by chitosan. The effects of adsorption temperature, pH of wastewater, adsorbent dosage, initial concentration of Cr(Ⅵ) and adsorption time on the adsorption performance of Cr(Ⅵ) were studied. The optimal experimental conditions were determined using the Cr(Ⅵ) adsorption rate as the evaluation index, and the regeneration performance of GLZ-jcz/CS composite adsorbent was investigated. The GLZ-jcz/CS composite adsorbent was characterized by SEM, FTIR, XPS and BET, combined with adsorption kinetic model and adsorption isotherm model analysis to determine the adsorption mechanism. The experimental results showed that the adsorption rate reached 99.8% and the adsorption capacity could reach 67mg/g when the adsorption temperature was 70℃, the pH of wastewater was 4, the amount of adsorbent was 0.13g, the initial concentration of Cr(Ⅵ) was 50mg/L and the adsorption time was 2h. The GLZ-jcz/CS composite adsorbent can still reach over 96% adsorption after six elutions, and the adsorption model was compounded with the proposed secondary kinetic model研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0343收稿日期：2023-03-06；修改稿日期：2023-05-08。
第53卷第1期 辽 宁 化 工 Vol.53，No. 1 2024年1月 Liaoning Chemical Industry January，2024收稿日期： 2023-04-26复合凹凸棒土的聚合物隔膜的制备及其在锂电池中的应用杨庆，吴帅宾*（宜春学院 化学与生物工程学院， 江西 宜春 336000）摘 要： 在锂电池的四个主要组成部分中，隔膜的性能对电池的性能有着直接的影响。
目前，市场上广泛使用的是制备技术成熟、成本相对较低的聚烯烃类隔膜，但其存在孔隙率差、热稳定性差、电解液润湿性差等缺点，从而限制了锂电池的发展。
因此，对隔膜进行性能改善是提高锂电池性能的一项关键措施。
以聚丙烯隔膜为基质，主要采用静电吸附法在聚丙烯隔膜表面涂覆一层凹凸棒土，探讨凹凸棒土对隔膜的性能改造效果。
结果表明，当凹凸棒土质量浓度为1 mg/mL、隔膜浸渍时间为12 h 时，凹凸棒土可成功复合于隔膜表面。
此时，复合隔膜的孔隙率高达78%，电解液润湿性明显优于空白隔膜。
同时，其电化学性能也得到了明显改善。
关 键 词：凹凸棒土； 锂电池隔膜； 静电吸附中图分类号：TQ016.5+3 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2024）01-0074-05传统的能源供应方式，如化石燃料资源，面临着资源短缺和严重的环境污染问题[1]。
新能源的开发有助于减少我们对化石燃料的依赖，并在减少二氧化碳排放方面发挥重要作用[2-3]。
其中，锂离子动力电池由于其安全性能好、环境污染小等优点，近年来，它越来越受到关注，已成为新能源领域的重要组成部分。
锂电作为一种绿色环保的能源，不仅可以减少二氧化碳的排放，同时也是实现“双碳”战略的一个重要抓手。
锂电池由四部分组成：正极、负极、电解质溶液和隔膜。
其中，隔膜作为锂电池的重要组成部分，虽然不参与电池中的电化学反应，但其可以防止由于正、负两极直接接触所导致的短路现象，同时，由于其本身是一个多孔结构，可以通过离子和电子的传输来实现电极与电解质之间的电荷转移[4-7]。
凹凸棒石粘土与无机盐相互作用的研究研究目的：揭示凹凸棒石粘土与无机盐相互作用的机理，探索其在环境科学和材料科学领域的应用潜力。
引言：凹凸棒石粘土是一种具有丰富孔隙结构和高比表面积的纳米材料，因其独特的物理和化学性质，受到广泛的关注。
然而，目前关于凹凸棒石粘土与无机盐相互作用的研究相对较少。
无机盐在自然界和工业环境中广泛存在，对凹凸棒石粘土的性质和应用可能产生重要影响。
因此，深入研究凹凸棒石粘土与无机盐的相互作用机理具有重要的理论和实践意义。
一、凹凸棒石粘土的基本性质：1. 结构特征：凹凸棒石粘土是二维层状结构的矿物，由硅酸四面体层和氧化铝六面体层交替排列组成。
2. 表面性质：凹凸棒石粘土具有较高的比表面积和吸附能力，可吸附有机和无机物质。
3. 孔隙结构：凹凸棒石粘土具有多孔结构，包括微孔、介孔和大孔。
二、无机盐对凹凸棒石粘土的影响：1. 离子交换作用：无机盐中的离子可以与凹凸棒石粘土表面的离子发生离子交换反应，改变其表面电荷密度和解离度。
2. 吸附行为：无机盐中的离子可以通过电吸附作用或配位作用与凹凸棒石粘土的表面发生相互作用，影响其吸附性能和吸附类型。
3. 沉积效应：无机盐溶液中的离子可以促进凹凸棒石粘土的沉积和聚集，改变其结构和形貌。
三、凹凸棒石粘土与无机盐相互作用的机理：1. 离子交换机制：无机盐中的阳离子可以替换凹凸棒石粘土表面的阳离子，而阴离子则可以与凹凸棒石粘土表面的氢氧根离子形成盐桥作用。
2. 溶解和沉淀机制：无机盐的溶解和沉淀反应在凹凸棒石粘土的孔隙结构中发生，改变其孔隙结构和孔径分布。
四、凹凸棒石粘土与无机盐相互作用的应用：1. 污水处理：凹凸棒石粘土作为吸附材料，可以通过与无机盐中的离子发生离子交换或吸附作用，去除废水中的重金属离子和有机物质。
2. 土壤修复：凹凸棒石粘土与无机盐的相互作用可以改善土壤的物理性质和化学性质，提高其保水性和肥力。
3. 功能材料：凹凸棒石粘土可以与无机盐发生溶解和沉淀反应，形成复合材料，具有药物缓释、催化剂和吸附剂等功能。
凹凸棒石粘土的孔隙结构与吸附性能研究摘要：凹凸棒石粘土是一种常见的天然黏土材料，具有良好的吸附性能，广泛应用于环境治理、水处理、废水处理等领域。
本文通过对凹凸棒石粘土的孔隙结构进行研究，探讨了其吸附性能的影响因素和机制。
研究结果表明，凹凸棒石粘土的孔隙结构对其吸附性能起到至关重要的影响，孔隙大小和分布对物质的吸附速率和容量有着重要影响。
同时，凹凸棒石粘土的表面性质和孔隙结构之间存在着相互作用关系，这种相互作用也对吸附性能产生了重要影响。
研究结果对于提高凹凸棒石粘土的吸附性能，进一步拓宽其应用领域具有重要意义。
1. 引言凹凸棒石粘土作为一种常见的天然黏土材料，其具有良好的吸附性能，被广泛应用于环境治理、水处理和废水处理等领域。
为了进一步提高凹凸棒石粘土的吸附性能，研究其孔隙结构和吸附机制显得尤为重要。
本文将对凹凸棒石粘土的孔隙结构与吸附性能之间的关系进行深入研究，并探讨其在环境治理中的应用前景。
2. 凹凸棒石粘土的孔隙结构凹凸棒石粘土的孔隙结构主要包括孔隙大小、孔隙分布和孔隙形状等参数。
其中，孔隙大小是指孔隙的直径或半径大小；孔隙分布是指孔隙在材料中的分布情况；孔隙形状是指孔隙的几何形状，如球形孔隙、裂缝状孔隙等。
研究表明，凹凸棒石粘土具有丰富的孔隙结构，具有毛细孔、中孔和大孔等多种孔隙类型。
3. 凹凸棒石粘土的吸附性能凹凸棒石粘土的吸附性能受到多种因素的影响，包括孔隙结构、表面性质和吸附物质的性质等。
研究发现，孔隙大小和分布对凹凸棒石粘土的吸附速率和容量具有重要影响。
较大的孔隙有利于物质的扩散和传输，从而提高吸附速率；而较小的孔隙则有助于增加吸附表面积，提高吸附容量。
此外，凹凸棒石粘土的表面性质也对其吸附性能产生重要影响，表面的活性位点可以与吸附物质发生相互作用，增强吸附效果。
4. 凹凸棒石粘土的吸附机制凹凸棒石粘土的吸附机制包括物理吸附和化学吸附两种类型。
物理吸附是指吸附物质与凹凸棒石粘土表面之间的弱作用力，如范德华力和静电力等；而化学吸附则是指吸附物质与凹凸棒石粘土表面发生化学反应形成化学键。
凹凸棒石粘土的晶体结构与热稳定性研究凹凸棒石是一种常见的矿物，具有独特的晶体结构和热稳定性特性。
在本文中，我们将探讨凹凸棒石的晶体结构以及热稳定性的研究进展。
凹凸棒石是一种层状硅酸盐矿物，化学式为Al2Si2O5(OH)4。
它的晶体结构可以描述为层状的硅酸盐框架，其中每个硅酸盐层由硅酸四面体和镓酸四面体交替排列而成。
在每个硅酸盐层之间，存在层间阳离子（如Al3+）和水分子，它们通过氢键相互连接。
这种层状结构赋予了凹凸棒石良好的层间吸附能力和离子交换性质。
凹凸棒石的晶体结构对其热稳定性有着重要影响。
研究表明，凹凸棒石的晶体结构在高温下可能发生变化，其中最常见的是水分子的脱附和层间阳离子的游离。
水分子的脱附通常在200-400℃范围内发生，其结果是层间距的缩小。
而层间阳离子的游离则主要发生在400-600℃范围内，导致晶体结构的破坏和表面积的增加。
研究人员对凹凸棒石的热稳定性进行了广泛的实验研究。
其中，热重分析是最常用的方法之一。
热重分析通过加热样品，并测量其质量的变化，可以确定凹凸棒石在不同温度下的热分解行为。
实验结果显示，凹凸棒石的热分解温度一般在600℃以上，并且随着加热速率的增加而增加。
此外，热重分析还可以确定凹凸棒石的热分解路径和反应动力学参数。
除了热重分析，X射线衍射也是研究凹凸棒石晶体结构的重要工具。
通过测量凹凸棒石在不同温度下的X射线衍射图谱，可以获得其晶格参数和晶体结构的变化信息。
实验结果表明，高温处理会导致凹凸棒石晶体结构的变形和层间距的变化。
此外，X射线衍射还可以确定凹凸棒石的热脱附行为和晶体结构的相变过程。
除了实验研究，理论模拟也对凹凸棒石的晶体结构和热稳定性进行了深入研究。
分子动力学模拟和密度泛函理论等方法被广泛运用于该领域。
这些模拟研究可以提供凹凸棒石的微观结构和热力学性质的详细信息，为实验研究提供理论依据。
综上所述，凹凸棒石是一种具有特殊晶体结构和热稳定性的矿物。
凹凸棒石的晶体结构由层状硅酸盐框架和层间阳离子、水分子构成，在高温条件下可能发生变化。
吸附法处理含铀废水研究进展综述摘要：本文简要介绍了铀的危害及其在水溶液中的存在形态,综述了吸附法处理低浓度含铀废水的最新研究进展,分析了不同吸附技术的特点,评论了它们的吸附性能和应用前景,并对进一步的研究方向提出了一些看法。
关键词：吸附含铀废水处理（一）前言随着核电的发展,核电在满足人类能源需求的同时,在运行的过程中产生大量的含铀废水,以及铀尾矿废渣,威胁着人类的健康，放射性核素可通过稻米等食物转移至人体内部,极难排出体外,这些铀元素将在人体内形成长期放射性内照射,对人体健康健康造成巨大危害，因此,含铀放射性废水的治理引起了相关学者的广泛关注。
在放射性废水尤其是含铀废水的处理方面，国内外的学者进行了许多试验研究和生产实践，几乎尝试使用了废水处理领域中所有的处理方法和技术，如化学沉淀、离子交换和蒸发浓缩等方法.但是这些传统方法在实际运行过程中存在许多不足之处，其共同缺点就产生的泥浆量较大，工艺流程冗长，后续处理烦琐，还需对二次废物行再处理，并且用于处理低含量放射性废水时，往往操作费用和原材料成本相对较高。
因此，多年来人们一直致力于研究和寻求更高效经济的含铀放射性废水的处理方法。
废水中铀的净化方法主要包括：化学沉淀、蒸发浓缩、离子交换、吸附、膜处理和生物处理等。
吸附法因具有效率高、占地省、易于操作及产生污泥少等优点受到国内外研究者的广泛关注，并取得了显著的研究成果。
（二）铀的来源与危害及其在水溶液中的存在形态（1）含铀废水的来源低浓度的含铀废水的来源很多，主要来源是铀矿采冶过程中产生的废水，还有核电站、实验室、工厂等含铀废液部分的正常排放，各种核武器试验以及核战争，异常事故等。
在铀矿开采过程中废水主要来自两个部分：在矿石开采过程中产生的矿山废水和加工过程中产生的废水。
其中后者又是铀矿加工工业外排废水的主要来源。
铀矿加工废水来源有：1）生产中的工艺废液；2）排放的沉淀母液和吸附尾液；3）工艺过程用水。
