磷酸鹽離子格柵的制備及富營(yíng)養(yǎng)化水體內(nèi)源磷污染阻斷的研究.pdf

1、水體富營(yíng)養(yǎng)化是多年以來(lái)環(huán)境污染治理難題。眾所周知，水體富營(yíng)養(yǎng)的誘導(dǎo)因素是水體中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的超標(biāo)。為了控制水體中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽含量，中國(guó)制定和嚴(yán)格執(zhí)行各類污水排放標(biāo)準(zhǔn)，以控制源頭磷排放。然而，水體富營(yíng)養(yǎng)化污染態(tài)勢(shì)并沒(méi)有得到良好的扭轉(zhuǎn)，反而更加嚴(yán)重。有研究表明，湖泊的內(nèi)源污染是重要的磷污染源。磷營(yíng)養(yǎng)鹽不斷從數(shù)量巨大的湖泊底泥釋放，使得水體富營(yíng)養(yǎng)化污染不斷加劇。因此，控制底泥污染源逐漸進(jìn)入研究視野：一是利用底泥疏浚工程永久性去除底泥，以降低磷釋放

2、量；二是使用鎖磷劑，通過(guò)原位處理法將湖泊底泥中的磷鹽吸附去除。但是目前這兩種方法均有缺陷，底泥疏浚存在爭(zhēng)議，反對(duì)者認(rèn)為這種方式只能暫時(shí)緩解污染，卻對(duì)水環(huán)境有長(zhǎng)遠(yuǎn)影響；而鎖磷劑目前的發(fā)展仍有缺陷，存在不易更換，效果不持久的問(wèn)題。
　　基于此，本實(shí)驗(yàn)研究擬設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)一種新的鎖磷材料——磷酸鹽離子格柵：以鑭改性氧化石墨烯（La-GO）為主要的有效鎖磷物質(zhì)，以殼聚糖-聚乙烯醇為支撐骨架材料。將La-GO牢固的分布在骨架材料內(nèi)，使用時(shí)將磷酸

3、鹽離子格柵覆蓋在底泥表面，當(dāng)?shù)啄嘀械牧姿猁}向上覆水釋放時(shí)，將被磷酸鹽離子格柵所捕獲，并最終轉(zhuǎn)換為無(wú)營(yíng)養(yǎng)特性的磷。
　　首先，本實(shí)驗(yàn)利用改良Hummers法，成功制備氧化石墨烯（GO），并通過(guò)鑭-同步混凝改性手段，成功制備了比表面積大、有效點(diǎn)位較多的La-GO。La-GO的改性過(guò)程中，鑭離子與GO表面的親水官能團(tuán)結(jié)合，一方面形成的有效的磷吸附位點(diǎn)；另一方面，降低了GO的親水性，使得La-GO疏水，較易與液相分離。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明La-G

4、O具有良好的磷去除能力，吸附過(guò)程與Langmuir吸附等溫方程擬合良好，最大飽和吸附量為141.38mg/g。其吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程與偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合效果良好，最佳接觸時(shí)間小于20分鐘。吸附過(guò)程為吸熱，高溫有利于吸附反應(yīng)的進(jìn)行。反應(yīng)過(guò)程受不同pH環(huán)境影響，其中，在中性和堿性條件下吸附效果較好，在酸性環(huán)境中吸附效果較差。La-GO對(duì)磷的吸附作用，表現(xiàn)為化學(xué)沉淀協(xié)同吸附作用，首先磷酸根離子在吸附位點(diǎn)攻擊層片表面的鑭，使得與鑭結(jié)合較弱的鍵斷裂，

5、同時(shí)與鑭結(jié)成較為穩(wěn)定的化學(xué)鍵，并繼續(xù)被片層表面的La-GO吸附。
　　其次，本實(shí)驗(yàn)利用制備出的La-GO，結(jié)合殼聚糖與聚乙烯醇作為骨架材料開(kāi)發(fā)出了磷酸鹽離子格柵，并對(duì)其磷酸鹽阻斷性能做了實(shí)驗(yàn)評(píng)估性研究。結(jié)果表明本研究所制備的磷酸鹽離子格柵的微觀結(jié)構(gòu)良好，La-GO作為鎖磷劑牢固的分布在殼聚糖-聚乙烯醇支撐結(jié)構(gòu)中。離子格柵孔結(jié)構(gòu)良好，透水性較強(qiáng)。磷酸鹽離子格柵與Langmuir吸附等溫方程和Freundlich吸附等溫方程的擬合效果

6、良好；動(dòng)力學(xué)與偽二級(jí)、Elovich和W-M動(dòng)力學(xué)模型具有擬合性。磷酸鹽離子格柵對(duì)于磷的的去除過(guò)程是一個(gè)多機(jī)理的化學(xué)吸附。此外，最佳接觸時(shí)間大約為100分鐘。其在極端酸堿性環(huán)境中，如pH=2和pH=12條件下，去除效果較差，在弱酸性、中性及弱堿性條件下去除性能較好，中性和弱堿性條件下去除性能優(yōu)于弱酸性條件。
　　最后，本研究在模擬富營(yíng)養(yǎng)化水環(huán)境條件下，應(yīng)用磷酸鹽離子格柵對(duì)底泥磷控制做了實(shí)驗(yàn)研究。研究表明，磷酸鹽離子格柵在實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)