磁性纳米锆/铁氧化物的制备及其对废水中磷的吸附研究

摘要

日常生产生活中生产的含磷较高的生活污水和工业废水，直接排入到河河流湖泊中会降低水体水质，严重时引发水体富营养化，给环境带来严重威胁。因此含磷废水的治理是一个亟待解决的难题。
　　目前国内外关于含磷废水的处理方法主要有吸附法、生物法和化学。吸附法由于成本低廉、操作简单且处理周期相对较短等优点而被广泛采用，但是研发出高效廉价的吸附剂是实现吸附除磷的关键。氧化锆由于对磷具有很大的吸附容量而被用来去除废水中的磷，但缺点在于不易实现分离回收。而磁性铁氧化物，如 Fe3O4和 Fe2O3，能在外加磁场条件下快速分离，但缺点是其对磷的吸附容量不理想。因此，合成一种既具有较大的磷吸附容量又可在外加磁场条件下快速分离的吸附材料，具有重要意义。基于以上原因，本文提出了一种磁性纳米锆/铁氧化物的合成方法，制备了四种不同锆铁摩尔比例的磁性纳米锆/铁氧化物，并应用于废水中磷的去除，主要研究成果如下：
　　（1）制备了四种不同锆铁摩尔比例的磁性纳米锆/铁氧化物（S1、S2、S3和 S4）。使用硫酸铁、硫酸亚铁、氢氧化钠和氧氯化锆为原料，通过控制原料中锆铁的摩尔比例，采用化学共沉淀的方法，制备出了四种不同锆铁摩尔比例的磁性纳米锆/铁氧化物。运用透射电镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶红外变换光谱仪（FT-IR）等表征手段对磁性吸附材料的表面形态结构进行表征。结果表明，随着锆含量的增大，磁性吸附剂颗粒表面越粗糙；由 XRD图分析可知磁性纳米锆/铁氧化物主要是由 Fe3O4、γ-Fe2O3和 ZrO2组成。S1、S2、S3和 S4的饱和磁化强度为21.3emu/g，44.8emu/g，45.4emu/g和52.2emu/g。
　　（2）考察了上述四种磁性纳米锆/铁氧化物对实验室配制的模拟废水中的磷的吸附。以磁性纳米/铁氧化物作为磷吸附剂，考察了四种磁性纳米锆/铁氧化物对磷吸附行为的等温吸附、、热力学吸附动力学等特征，考察了 pH、离子强度和共存离子（Cl?, SO42?, NO3?和 HCO3?)等因素的影响。实验结果显示，磁性纳米锆/铁氧化物对磷的吸附行为可以很好地通过弗兰德里希平衡模型和伪二级动力学模型进行描述。利用粒内扩散模型可将吸附过程分为三个阶段：快速吸附阶段、吸附减慢阶段和吸附平衡阶段。当 pH在1.5到10.0之间时，pH对磷吸附的过程有影响且吸附量随着 pH的增加而减小。共存离子强度对磷吸附的影响很小，除 HCO3?以外，其它三种共存离子对磁性纳米锆/铁氧化物的吸附性能几乎没有影响。吸附在磁性纳米锆/铁氧化物上的磷可以很容易的被0.1M的氢氧化钠溶液解吸出来。此外，与其它磷吸附剂相比磁性纳米锆/铁氧化物的主要优势表现在它的易分离性和较高的吸附容量。
　　（3）材料的吸附－解吸再生循环实验。利用0.1M NaOH溶液对吸附饱和后的磁性铁氧化物进行解吸，解吸时间为2h，温度为25±2℃。结果表明，经过3次吸附-解吸循环之后， S2对磷的吸附效率仍保持在70％以上。

目录

第一章 绪论

1.1 磷污染与水体富营养化

1.2 水体富营养化产生的危害

1.3 除磷技术

1.4 吸附剂

1.5 磁性纳米锆/铁氧化物

1.6 磁性纳米颗粒的制备方法

1.7 本论文的主要研究内容、研究目的及意义

第二章 磁性纳米锆/铁氧化物的合成及性能表征

2.1 引言

2.2 磁性纳米锆/铁氧化物的合成

2.3 磁性纳米锆/铁氧化物的表征及分析

2.4 本章小结

第三章 磁性纳米锆/铁氧化物对磷的吸附

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 本章小结

全文结论与展望

全文结论

全文展望

参考文献

附录A 攻读硕士期间发表的学术论文目录

附录B 攻读硕士期间申请的专利目录

致谢