磷和腐殖酸對生物炭去除水中Cr(VI)的影響研究.pdf

1、在我國城市污水處理過程中會產(chǎn)生大量的富磷污泥，而目前國內(nèi)對于富磷污泥的資源化處置還沒有經(jīng)濟(jì)有效的措施。本試驗用污泥生物炭作吸附劑處理水中Cr(Ⅵ)，研究污泥磷含量和體系中腐殖酸對生物炭吸附性能的影響，為富磷污泥的處置提供新思路，同時為探討天然水體中Cr(Ⅵ)的遷移去除行為及重金屬離子、顆粒物、有機(jī)質(zhì)的相互作用提供依據(jù)。另外，通過傅立葉紅外光譜、X-射線衍射光譜、X-射線光電子能譜分析了生物炭去除水中Cr(Ⅵ)的影響機(jī)理。得到了以下主要結(jié)

2、論：
　　 ①磷含量對污泥生物炭吸附Cr(Ⅵ)有顯著影響，生物炭中磷含量升高，會縮短生物炭吸附Cr(Ⅵ)的平衡時間，生物炭吸附過程符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型。隨著pH的增加，去除量逐漸減小。同時，Cr(Ⅵ)還原成Cr(Ⅲ)的量也逐漸減少。隨著Cr(Ⅵ)初始濃度的增加，P10、P20、P30和P604種吸附劑對Cr的去除量均呈增長趨勢。
　　 ②FTIR和XRD分析表明，富磷污泥生物炭對Cr(Ⅵ)的去除與吸附體系中的H+和生物炭

3、表面的-OH、C=O、O-H和C-OH等基團(tuán)有關(guān)，且Cr在生物炭表面形成了Cr2O3，CrPO4，Cr5(P3O10)3，KxCrO2和Cr(PO3)3晶體。由此推斷磷影響生物炭去除Cr(Ⅵ)的機(jī)制可能是：磷促進(jìn)了Cr(Ⅵ)在生物炭表面的還原，以及還原后的Cr(Ⅲ)在生物炭表面與磷形成了晶體沉淀；同時磷酸鹽的增加，改變了生物炭表面的化學(xué)基團(tuán)、孔隙結(jié)構(gòu)從而影響了生物炭的吸附性能；另外磷酸鹽的增加會影響生物炭的酸堿性從而導(dǎo)致吸附體系中質(zhì)子濃

4、度發(fā)生變化，進(jìn)而影響Cr(Ⅵ)的吸附和還原。
　　 ③腐殖酸能顯著促進(jìn)生物炭對Cr(Ⅵ)的吸附，大幅提高吸附量以及縮短吸附平衡時間，生物炭吸附過程符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型。在溶液初始pH4.0，生物炭濃度20g·L-1，Cr(Ⅵ)初始濃度在50～800mg·L-1范圍下，Langmuir模型比Freundlich模型更好地描述等溫吸附行為。加入腐殖酸(20mg·L-1)后擬合得到的理論飽和吸附量達(dá)10.10mg·g-1，較未加入腐殖

5、酸的吸附量5.56mg·g-1提高近1倍。在pH2.0～8.0范圍內(nèi)，吸附量隨溶液初始pH值升高而減小。腐殖酸濃度上升，生物炭吸附能力進(jìn)一步提高。
　　 ④紅外光譜顯示，生物炭表面的羥基、羧基、酯基、芳香環(huán)上C-H和環(huán)狀結(jié)構(gòu)上的C=C等化學(xué)活性官能團(tuán)與Cr(Ⅵ)的吸附有關(guān)。結(jié)合XPS分析結(jié)果，推斷腐殖酸共存促進(jìn)生物炭吸附的機(jī)制是：腐殖酸提高了Cr(Ⅵ)在生物炭表面聚集濃度，有利于生物炭對Cr(Ⅵ)的直接吸附和還原，而腐殖酸本身具