锆掺杂镁铁类水滑石磷吸附剂研究
本文从资源短缺和环境污染之间的矛盾出发，以回收水中的磷酸盐为目的，制备了一种吸附容量大、容易再生，可循环使用的吸附剂，旨在解决环境问题的同时，进行资源回收。 层状金属氢氧化物(LDHs)及其焙烧产物(LDO)因具有永久的正电荷层板和良好的阴离子交换能力，能对水中的阴离子（如磷酸根）产生良好的吸附效果，而常被用作阴离子吸附剂，其吸附能力的大小主要受金属离子的组成和制备条件的制约。有研究表明，Zr4+能与LDHs结合，并且由于Zr4+与磷酸盐有较强的亲合力和更高的阳离子电荷，可以增大层板与磷酸根之间的静电引力，所以考虑向MgFe-LDH中掺杂少量的Zr4+来增强材料的吸附容量。 本论文主要研究内容有:通过改变不同的金属比例制备了不同掺杂比例的LDHs，然后考察了不同的焙烧时间和温度对吸附性能的影响，探索了pH、共存离子等吸附条件的影响和对低浓度磷酸盐的吸附能力，并研究了吸附剂的再生性能，最后对吸附特性和吸附机理进行了分析讨论。 本论文主要的研究结论如下: 采用低饱和共沉淀-水热晶化法合成了不同Zr掺杂量的MgFe-LDH，并得到当固定Mg∶(Fe+Zr)=3∶1，掺杂比例r=Zr4+∶(Fe3++Zr4+)=20％时，在400℃下焙烧2h时所制备的吸附剂吸附容量最大，是之前未掺杂材料吸附容量的1.86倍;溶液的初始pH会对吸附容量产生一定的影响，在pH=5时吸附效果最好;高价阴离子会降低吸附容量，而钙、镁等金属阳离子则会增强吸附能力;吸附剂对低浓度磷酸盐有较好的去除效果;吸附饱和的吸附剂可以用NaOH溶液解吸再生，经过五次循环再生，吸附容量只出现了有限的降低;通过向解吸液中投加Ca(OH)2实现磷酸盐的再回收利用。 在吸附特性的研究中发现，吸附过程更符合准二级反应动力学模型。由于Zr4+的引入，使吸附剂表面变得不均匀，更符合Feundlich等温线模型，并且吸附容量有明显的增加。 最后通过相关分析和表征，得到Zr-LDO-20％对磷酸盐的吸附主要是通过磷酸盐与金属层板间的静电引力和表面配位反应，以及与层间阴离子交换反应和由“记忆效应”导致的离子插层作用实现的。由此得到，Zr4+的引入确实提高了吸附容量，为磷吸附剂的研究提供了一定的实验数据及理论支持。
镁铁类水滑石磷吸附剂;制备工艺;锆掺杂;吸附性能
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
宋云华
2021
中文
TQ424
2021-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）