炭黑的改性及其吸附水中氮磷的效能和機(jī)制研究.pdf

1、氨氮和磷是自然界中重要的營養(yǎng)元素，但也是造成水體富營養(yǎng)化以及其他生態(tài)問題的主要污染物，飲用水水源中氨氮和磷超標(biāo)會(huì)嚴(yán)重影響水廠處理效能以及出廠水水質(zhì)，因此有必要尋找一種高效的氮磷去除方法來保障飲用水水質(zhì)安全。炭黑作為一種新興廉價(jià)環(huán)保的吸附劑，在飲用水處理過程中有著很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值以及廣闊的應(yīng)用前景。本研究選用炭黑對水中氨氮和磷進(jìn)行吸附去除，并通過對其進(jìn)行改性以增強(qiáng)氨氮和磷的吸附效能。
　　通過對改性方式的篩選與優(yōu)化，最終采用Fento

2、n試劑對炭黑進(jìn)行改性處理，通過對改性后的炭黑進(jìn)行表征發(fā)現(xiàn)，炭黑經(jīng)過Fenton試劑處理后表面極性以及親水性均有所增長，羧基、酚羥基等含氧官能團(tuán)數(shù)量顯著增加；具有完整的碳架以及蜂窩狀孔隙結(jié)構(gòu)，比表面積和孔隙率均有較大幅度的增加；孔隙內(nèi)外覆蓋有大小不一的顆粒物，表面晶型結(jié)構(gòu)與鈉黃鐵釩以及羥基硫酸鐵相符，載鐵量為114.16mg/g，在堿性環(huán)境下具有更高的載鐵強(qiáng)度。
　　以改性炭黑作為吸附劑，對水中氨氮和磷的去除效能進(jìn)行研究。結(jié)果表明，

3、改性炭黑對氨氮的去除適合在偏堿性環(huán)境下進(jìn)行，對磷的去除則適合在酸性環(huán)境下進(jìn)行，且對磷的去除過程受pH的影響相對較小。提高改性炭黑投加量以及環(huán)境溫度均有助于提高對氨氮和磷的去除率。氨氮和磷的初始濃度能夠增加炭黑的平衡吸附量，改性炭黑在氨氮的初始濃度小于7mg/L、磷的初始濃度小于15mg/L時(shí)均能取得90％以上的去除率。常見的共存競爭離子中，二價(jià)及三價(jià)陽離子對氨氮的去除具有較強(qiáng)的抑制作用，而CO32-以及SO42-則能夠強(qiáng)烈抑制改性炭黑對

4、磷的吸附去除。此外本研究還對改性炭黑的解吸附以及再生性能進(jìn)行研究，結(jié)果表明，改性炭黑在吸附氨氮之后采用鹽酸、在吸附磷之后采用碳酸鈉及氫氧化鈉均可取得較高的再生效率。
　　通過動(dòng)力學(xué)以及熱力學(xué)模型的擬合，對改性炭黑吸附氨氮和磷的機(jī)理進(jìn)行分析。擬合結(jié)果表明，改性炭黑對氨氮和磷的吸附過程在動(dòng)力學(xué)上均符合Langegren準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型以及顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型。改性炭黑對兩種目標(biāo)物的吸附過程均為自發(fā)進(jìn)行的吸熱過程，對氨氮的吸附符合Langmu