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毕业设计（论文）英文文献翻译

A novel lanthanum-modified bentonite,Phoslock, for phosphate removal from wastewaters

新型废水除磷镧改性膨润土锁磷剂

摘要

在实验室阶段和现场阶段中，已经对镧改性膨润土锁磷剂对人造废水和实际废水中对磷的吸收有研究。在实验测试中，平衡和动力学在不同的温度，离子浓度和pH条件下被研究。吸附过程的活化能计算基于其速率常数。吸附容量在pH处于5~7时取得最大，随着pH的升高，吸附容量减小。单价磷酸根阴离子H₂PO₄^-对吸附表面具有最大的吸引力。而且，活化能由于在在高pH溶液中的吸附位点减少同时又不受溶液离子浓度影响而更低。现场测试也证明锁磷剂在去除污水中磷的效果很好。

关键词：磷酸吸附；改性膨润土；镧元素；化学吸收作用

目 录

第一章 引言 1

第二章 实验方法 2

2.1吸附剂及其特性 2

2.2平衡研究 2

2.3动力学研究 2

2.4 现场测试 3

第三章 结果与讨论 4

3.1镧改性膨润土的生化属性 4

3.2平衡研究 5

3.2.1吸附等温线 5

3.2.2pH影响 7

3.3磷酸盐的吸附动力学 9

3.4现场试验 11

第四章总结 13

第一章 引言

在过去的几个世纪,人类活动的快速增长显著地改变了碳，氮，磷的循环，使富营养化进程明显加快。事实上，最近的出版物显示,至少40%湖泊和水库的在世界的许多地区确认存在富营养化问题(农民2004)。而导致水体的富营养和增加水生植物和藻类的生长的关键是生物可利用磷的过量。

近几十年来,大量不同的固体吸附剂在减少进入水的磷的水平的作用机理被研究。一些被研究的吸附剂包括粘土矿物膨润土和其柱状的形态,氧化铁,红色泥，粉煤灰和碳酸盐。虽然他们都各有优点，但却也有相似的使用缺点。例如pH对铁的氧化物和赤泥的除磷效果有强烈的影响作用，这一点其他作者也曾证明。此外，多数情况下除磷剂与磷酸根的离子浓度比大于1:1，但这些吸附剂最大的缺点在于当关键条件如pH或氧化还原条件变化时，已经被吸附的磷酸盐可能解析。在二十世纪七十年代，梅里尼克指出相较铁盐和铝盐，磷酸根与镧的沉淀在更宽的pH范围（4.5-8.5）时更稳定，且镧与磷酸根摩尔比在1:1，如式（1）所示。

（1）

磷和镧的化合物因在低浓度和低pH的条件下就可形成，且难溶而被熟知。Firsching研究了镧磷化合物不溶程度的研究，他的报告指出镧磷化合物的溶度积在水中为-24.76，在海水中为-27.92，这使它成为现实存在的磷酸盐化合物中最难溶的。另外，作者指出其溶解度随着温度增加而下降，在70℃的水溶液中，其溶度积为-26.49，这进一步表明了镧与磷酸盐之间化学键的力量。通过GEOCHEM-PC计算后证明镧铝化物形成的最低pH为4.0，他们的工作表明在pH为4.0，镧和磷浓度分别为0.0695mg/L和0.15mg/L时反应就可发生。

然而使用镧去除磷的实验同时还反映出镧元素由于用量和浓度可能会对水生生物有毒害作用。这个缺点可通过将镧元素嵌入高阳离子交换量的黏土材料中解决，二十世纪九十年代英联邦澳大利亚科学与工业研究组织(CSIRO)已经研发出镧改性膨润土，并进行过现场评估。

如同多数的水相吸附过程，溶液任何化学性质的改变都会导致其他吸附平衡系统的改变。这些变化包括磷酸盐吸附活性位点的化学性质，材料表面上的净电荷和磷酸盐种类的性质。例如,随着pH值的增加，不仅磷酸阴离子失去氢离子，镧离子同时也会羟化。自从锁磷剂取得了进展，一些调查也在出版物中被发现。

第二章 实验方法

2.1吸附剂及其特性

镧改性膨润土脱胎于PWS一个由离子交换过程中使用膨润土和镧的解决方案。离子交换膨润土与沉淀二氧化硅混合造粒，所有实验室和现场实验利用吸附剂的特性由x射线荧光光谱分析鉴定。膨润土改性样品的含水率取10 ~15 g样品在110℃条件下干燥一夜，干燥后的样品放置在干燥器测量最终质量后测得。

锁磷剂的孔隙体积、比表面积在minus;196℃使用新星2000(Quantochrome公司)的氮气吸附/解吸等温线求得。样品在160℃ 条件下脱气5 h，通过比表面积方程测得其比表面积，通过吸附作用测得样品总孔隙率为P/P0=0.98。通过向100mL反渗透处理水中投加2g吸附剂混合15–20 min后用TPS计测得吸附剂pH。

为了测得锁磷剂的粒度分布，样品在20mL反渗透处理水中搅拌1min，子样经莫尔文粒子筛选器筛选后得到样品粒度分布。

2.2平衡研究

通过添加不同量（0.01–1 g）改性膨润土到200mL磷含量为10mg/L的溶液中，水浴摇晃5h，在此期间每个样品瓶中取适量样品经0.22 mu;m注射过滤器过滤并冰冻送检，依据美国公共卫生协会标准(APHA1985)测得可溶性磷酸盐浓度，分析得改性膨润土的吸附等温线。

pH对锁磷剂吸附效果影响通过改变磷酸溶液初始pH测得，磷酸溶液初始pH由0.1 M NaOH 或者0.1 M HCl调整。

2.3动力学研究

将0.92g改性膨润土添加到4L磷含量为1mg/L的反渗透水溶液中，使用IKA混合器在300r，设定温度下混合，每隔3h取10ml样品测磷浓度以测算磷去除速率。在最初的30分钟，磷去除速率最高，去除速率由pH值调整到7且导电率的0.3 ms /mc的反渗透水在10，23和40℃时决定，反渗透水导电率由氯化钠调整。

三个不同来源的污水样本被用于磷去除的动力学研究，样本总体积20 L，与改性膨润土混合固体/液体的比例0.25。

2.4 现场测试

苗圃大坝初始水化学特征由表1显示，处理苗圃大坝所需的锁磷剂达4t，这是由于其高达9.0的pH值和高磷含量（0.98 mg /L）造成的。

表1 苗圃大坝水中关键化学性质

然而在多数应用领域，即使其pH可能高，而典型的滤过性的活性磷(FRP)浓度低。为了测试锁磷剂对FRP浓度的去除效果，大坝的进水被转移至别处了三天然后才重新导入大坝。

第三章 结果与讨论

3.1镧改性膨润土的生化属性

锁磷剂的BET比表面积和总孔隙体积由表2所示。氮气吸附/解吸等温线显示介孔模式，使用解吸分支得出孔径分布图表明大多数的毛孔有直径约为40Aring;(图1)，这也合理的解释了水应该能够扩散到材料的结构中。这些孔径加上其相对较小的粒度(表2)，共同形成磷酸阴离子最大的交换镧离子的接触吸附位点。

表2 镧改性膨润土的物理性质

改性膨润土的基本成分(表2)如预期包含了大量的硅和铝,每克改性后的膨润土锁磷剂包含大约49毫克镧。考虑到La和P的1:1吸收摩尔比的理论，吸附剂的吸附容量约是10.6毫克的磷每克锁磷剂。这表明,如果所有的吸附位点都可用于吸附过程,产品的吸附能力也不可能大于10.6mgP / g。

图1 锁磷剂孔隙大小分布

3.2平衡研究

3.2.1吸附等温线

初步研究表明，用于制造锁磷剂的未改性膨润土吸附磷酸盐的能力微不足道(lt;0.5 mg P/g)，在23℃的条件下，不同pH条件和不同温度条件的镧改性膨润土的吸附等温线分别由图2 a和b所示。虽然图2说明了实验技术的再现性，这两组数据显示,所有的等温线展出随着吸附能力增强平衡溶液浓度迅速崛起然后曲线趋于平衡，展示了典型的朗缪尔等温线的特点。图2 b也显示改性膨润土的最大吸附容量随温度升高而增加。

图2 在不同温度下实验和计算等温线 (a)重复测试温度23℃,(b)不同温度

改性膨润土最大吸附容量随着溶液温度的增加和前图吸附等温线的形状说明，镧改性膨润土对磷酸盐的吸附是通过化学而不是物理相互作用。为了更好地了解吸附机制,由朗缪尔等温线拟合出方程(2)。

(2)

q_e为平衡吸附容量（mg/g），C_e为吸附平衡浓度（mg/L），Q为最大吸附容量（mg/g），K为朗缪尔常数，与吸附能量相关。

相应的等温线参数由表3显示。由图2 a和b,锁磷剂达到最大吸附容量时平衡溶液浓度远低于1mg/L，这意味着大多数的平衡溶液浓度都很低(lt;lt;0.1 mg/L)，由于散射低Ce数据,当小于平衡值时,即使方程相关系数值高，朗缪尔方程也最好用于提供指示平衡吸附能力,而不是预测吸附平衡容量。

表3 不同的温度线性朗缪尔等温线方程的参数