電沉積制備多孔輕稀土除磷吸附劑及性能研究.pdf

1、磷是水體生物所必須的營養(yǎng)元素，水體中磷元素的含量直接反應了藻類生長的優(yōu)劣。然而當水中磷含量過多時會導致水體富營養(yǎng)化，從而嚴重危害水體生態(tài)系統(tǒng)。因此，在廢、污水排放之前進行可控的除磷顯得尤為重要。吸附法除磷具有操作簡單、污泥少等諸多優(yōu)勢，同時通過對吸附磷之后的吸附劑進行脫附，可以達到循環(huán)使用和磷的有效回收的目的。迄今為止，報道的除磷吸附劑的種類和數(shù)量較多，研究的重點主要集中在吸附劑材料上。論文針對現(xiàn)有的吸附劑普遍存在對磷的吸附容量低、吸附

2、速率慢或難以分離等不足，采用電沉積作材料制備的方式，制備了一系列納米結(jié)構(gòu)的多孔稀土吸附劑，對水溶液中的磷進行可控的吸附，開展了以下五個方面的研究：1）多孔氫氧化鐠納米線吸附劑的電沉積制備和除磷性能研究；2）多孔氫氧化鑭納米結(jié)構(gòu)吸附劑的電沉積制備和除磷性能研究；3）多孔氫氧化釹納米線的電沉積制備吸附劑以及除磷性能；4）多孔二氧化鈰納米線吸附劑電沉積制備和除磷性能研究；5）多孔二氧化鈰納米線陣列吸附劑的電沉積制備和除磷性能的研究。
　

3、　在電沉積制備氫氧化鐠納米線吸附劑和除磷性能研究中，實驗采用一步法恒電流制備了具有納米線形貌和多孔結(jié)構(gòu)的吸附劑。該吸附劑具有較大比表面積100.2 m2/g，獨特的多孔結(jié)構(gòu)和表面大量的羥基作為活性位點，使得其具有較高的吸附容量（129.0 mg P/g）和吸附速率快的特點。吸附等溫線數(shù)據(jù)的擬合顯示，相比較于 Freundlich方程，Langmuir吸附模型的相關(guān)性系數(shù)更高，說明吸附過程為單分子層吸附；在考察吸附容量隨不同時間而變化時發(fā)

4、現(xiàn)，準二級動力學方程的相關(guān)性系數(shù)為0.999，說明吸附遵循準二級動力學方程，顯示了吸附過程為化學吸附。范特霍夫方程擬合的吸附熱力學數(shù)據(jù)說明，吸附的過程是自發(fā)的、放熱的過程。此外，吸附容量對pH的耐受范圍較廣，在pH為3.0-10.0之間時，吸附劑保持較好吸附效果；共存負一價的陰離子 HCO3-，Cl-和 NO3-對吸附劑的吸附性能影響較小，而負二價的陰離子CO32-和SO42-的影響較大。
　　在電沉積制備氫氧化鑭納米結(jié)構(gòu)吸附劑和

5、除磷性能研究中，通過調(diào)節(jié)恒電流制備的電流強度，制備了具有不同形貌的吸附劑。結(jié)果顯示，在一定電流強度下制備出多孔納米線結(jié)構(gòu)的氫氧化鑭具有較好的吸附效果。通過吸附劑表征發(fā)現(xiàn)，該類吸附劑具有較大比表面積119.1 m2/g,獨特的多孔結(jié)構(gòu)和表面大量的羥基作為活性位點，使得其具有較快的吸附速率和較高的吸附容量（131.3 mg P/g）。吸附熱力學數(shù)據(jù)的擬合顯示，相比較于Freundlich和Dubinin-Radushkevich方程， La

6、ngmuir方程的相關(guān)性系數(shù)更高，說明吸附過程為單分子層吸附；在考察吸附容量隨不同時間而變化時發(fā)現(xiàn)，準二級動力學方程的相關(guān)性系數(shù)為0.999，能夠?qū)ξ絼恿W數(shù)據(jù)進行很好的擬合，顯示出吸附過程為化學吸附。吸附熱力學數(shù)據(jù)顯示，吸附的過程是自發(fā)的、放熱的過程。此外，吸附容量隨溶液的初始 pH影響較小，在pH為3.0-10.0之間時，吸附劑保持較好吸附效果；共存離子負一價的陰離子 HCO3-，Cl-和 NO3-對吸附劑的吸附性能影響較小，而負

7、二價的陰離子CO32-和SO42-的影響較大，并且離子濃度越大，對吸附性能的影響越大。通過對吸附完成之后的吸附劑進行表征發(fā)現(xiàn)，磷被吸附在吸附劑的表面，以稀土的正磷酸鹽的形式存在。在合成廢水的應用當中，吸附劑表現(xiàn)出優(yōu)良的吸附效果，說明吸附劑在未來的實際應用當中具有潛在的應用價值。
　　在電沉積制備氫氧化釹納米結(jié)構(gòu)吸附劑和除磷性能的研究中，首先通過調(diào)節(jié)恒電流制備的不同銨鹽添加劑，制備了具有不同形貌的氫氧化釹納米結(jié)構(gòu)吸附劑。通過吸附性能

8、的結(jié)果顯示，具有納米線結(jié)構(gòu)的氫氧化釹具有較好的吸附效果。對納米線結(jié)構(gòu)的氫氧化釹吸附劑表征發(fā)現(xiàn)，該類吸附劑具有較大比表面107.4 m2/g,獨特的多孔結(jié)構(gòu)和表面大量的羥基作為活性位點，使得其具有較高的吸附容量(131.3 mgP/g)和較快的吸附速率。吸附熱力學數(shù)據(jù)的擬合顯示，相比較于Freundlich和Dubinin-Radushkevich方程，Langmuir方程的相關(guān)性系數(shù)更高，說明吸附過程為單分子層吸附；在考察吸附容量隨不同

9、時間而變化時發(fā)現(xiàn)，準二級動力學方程的相關(guān)性系數(shù)為0.999，能夠?qū)ξ絼恿W數(shù)據(jù)進行很好的擬合，顯示出吸附過程為化學吸附。吸附的范特霍夫方程熱力學數(shù)據(jù)說明，吸附的過程是自發(fā)的、放熱的過程。此外，在溶液pH為3.0-10.0之間時，吸附劑仍然保持較好的吸附容量，說明吸附隨溶液的初始 pH影響較??；共存負一價陰離子HCO3-，Cl-和NO3-對吸附劑的吸附性能影響較小，而負二價陰離子CO32-和SO42-的存在對吸附性能影響較大，并且離子濃

10、度越大，對吸附性能的影響越大。在經(jīng)過3次吸附-脫附再生循環(huán)后研究發(fā)現(xiàn)，吸附劑可以保持較高的吸附容量，說明該吸附劑具有一定的再生循環(huán)利用的價值。
　　在電沉積制備多孔CeO2納米吸附劑和除磷性能研究中，實驗采用一步法調(diào)節(jié)恒電流的強度，制備了不同形貌的CeO2吸附劑。通過吸附性能的結(jié)果顯示，具有納米線形貌的CeO2具有較好的吸附效果。該類吸附劑具有較大比表面積102.7 m2/g,表面大量的羥基作為活性位點和獨特的多孔結(jié)構(gòu)，使得其具有

11、較高的吸附容量（136.6 mg P/g）和較快的吸附速率。吸附熱力學數(shù)據(jù)的擬合顯示，相比較于Freundlich和Dubinin-Radushkevich方程，Langmuir方程的相關(guān)性系數(shù)更高，說明吸附過程為單分子層吸附；在考察吸附容量隨不同時間而變化時發(fā)現(xiàn)，準二級動力學方程的相關(guān)性系數(shù)為0.999，大于一級動力學的相關(guān)性系數(shù)，顯示出吸附過程為化學吸附。吸附熱力學說明，吸附的過程是自發(fā)的、放熱的過程。此外，吸附容量隨溶液的初始pH

12、影響較小，在pH為3.0-10.0之間時，吸附劑保持較好吸附效果；共存陰離子SO42-，Cl-和NO3-對吸附劑的吸附性能影響較小，而負二價的陰離子CO32-和負一價陰離子HCO3-的影響較大并，且離子濃度越大，對吸附性能的影響越大。在經(jīng)過3次吸附-脫附再生循環(huán)后研究發(fā)現(xiàn)，吸附劑可以保持較高的吸附容量，說明該吸附劑具有一定的再生循環(huán)利用的價值。
　　在電沉積制備二氧化鈰納米線陣列吸附劑和除磷性能研究中，實驗采用調(diào)節(jié)恒電位的強度，制

13、備了不同形貌的CeO2吸附劑。通過吸附性能的結(jié)果顯示，具有納米線陣列形貌的CeO2具有較好的吸附效果。該吸附劑具有較大比表面積110.2 m2/g,獨特的多孔結(jié)構(gòu)和表面大量的羥基作為活性位點，使得其具有較高的吸附容量（136.6 mg P/g）和較快的吸附速率。吸附熱力學數(shù)據(jù)的擬合顯示，相比較于Freundlich和Dubinin-Radushkevich方程，Langmuir方程的相關(guān)性系數(shù)更高，說明吸附過程為單分子層吸附；在考察吸附

14、容量隨不同時間而變化時發(fā)現(xiàn)，準二級動力學方程的相關(guān)性系數(shù)為0.999，大于一級動力學的相關(guān)性系數(shù)，顯示出吸附過程為化學吸附。吸附熱力學說明，吸附的過程是自發(fā)的、放熱的過程。此外，吸附容量隨溶液的初始pH影響較小，在pH為3.0-10.0之間時，吸附劑保持較好吸附效果；共存離子SO42-，Cl-和NO3-對吸附劑的吸附性能影響較小，而負二價的陰離子CO32-和負一價的陰離子HCO3-的影響較大，并且離子濃度越大，對吸附性能的影響越大。在經(jīng)