Page 298 - 《环境工程技术学报》2022年第5期

· 1654 · 环境工程技术学报 第 12 卷

后的溶液中进行回收，以磷酸钙、鸟粪石、羟基磷灰 量。随后，设 置 KH PO 溶液的浓度 为 20、50、100、
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石〔hydroxyapatite，HAP，分式子 为 Ca (PO ) (OH）〕 20 和 500 mg/L，计算磷的吸附等温线。吸附饱和
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或 FePO 的形式，通过化学沉淀或诱导结晶的方式 的 Fe-Al-Z 改性无烟煤材料过滤后，投加 到 NaOH
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实现 [8-9] 。其中，由 于 HAP在制造业中的广泛应用， 溶液（浓度 为 1%）中进行磷的脱附再生试验。磷的
是磷回收中最为常见的形式 。 回收 以 HA 的形式通过化学沉淀法实现。该试验
[10]
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无烟煤是一种天然杂化材料，由于具有产量丰 控制 在 25 ℃ 条件下，通过调节溶 液 p H 和 CaCl 投
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富、价廉、环境友好等特点，其颗粒作为过滤介质被 加量，确定最佳工艺参数。溶液中磷浓度通过钼酸
广泛应用于水处理中 [11] 。此外，无烟煤作为一种有 铵分光光度法测定。
效的吸附剂，对芳香族化合物、重金属、染料等污染
物均表现出良好的吸附性能 [12-14] 。研究表明，铁 2 结果与讨论
(Fe)、 铝 (Al)、 锆 (Zr 等金属对磷表现出较强的结合 2.1 Fe-Al-Z 改性无烟煤材料的结构表征
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力 [15-17] 。因此，笔者开发了一 种 Fe-Al-Zr 种金属掺 如 图 1 的 SE M 图像所示，Fe-Al-Z 改性无烟煤
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杂的改性无烟煤材料，将其应用于污水中磷的吸附 材料表现出更为粗糙和不规则的表面，表面和空洞
去除，探讨其吸附机理；对改性无烟煤进行重复的吸 中有块状的颗粒物。ED 谱图证明，Fe、Al、Zr 种
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附脱附试验，研究其循环使用效率；最后，通过化学 金属能够均匀地负载到无烟煤材料上。无烟煤的
沉淀的方式，对脱附的磷 以 HA 的形式进行回收。 XR 图谱如 图 2 所示。通 过 MDI Jade 6. 软件对数
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据进行物相分析发现，改性前的无烟煤主要存 在 3
1 材料与方法
种无机矿物，分别为高岭土〔Kaolinite，Al (Si O )(OH) ，
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1.1 Fe-Al-Z 改性无烟煤的制备 2θ=12.354°，24.855° 〕 ， 白 云 母 〔Phengite ，K(Al,Fe) 2
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无烟煤购于巩义市净宇滤材有限公司。该材料 AlSi O (OH) ，2θ=19.826°，26.863°〕和黄铁矿〔FeS ，
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用超纯水多次洗涤后置 于 100 ℃ 的烘箱中完全干 2θ=33.045°，56.278°〕。改性后，Fe、Al、Zr 种金属
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燥，随后研磨 至 100～20 目备用。Fe-Al-Z 改性无 主要以氧化物的形式负载到无烟煤上，主要表现为
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烟煤的制备方法如下：将一定量的无烟煤材料置于 Fe O （2θ=35.595º ，63.964º ） 、Fe O （2θ=30.094º ） 、
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FeSO ·7H O、FeCl ·6H O、Al(NO ) ·9H O 和 Cl OZr· ZrO （2θ=29.814º） 和 Al O （2θ=38.011º）。改性前后
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8H O 混合溶液中， 用 NaO H 调节溶 液 p H 至 1 左 无 烟 煤 材 料 的 BE T 比 表 面 积 和 孔 体 积 分 别为
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右，在超声条件下分 散 2 h；随后，将混合液转移至高 12.70、51.32 m / 和 0.021、0.048 cm /g。此外，原始
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压反应釜中， 在 120 ℃ 条件下加 热 12 h；最后，将反 无烟煤主要表现为中孔结构，而改性过程创造了微
应液过滤，用超纯水反复洗涤改性无烟煤材料，置于 孔结构，微孔体积占总孔容 的 36.01%。
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100 ℃ 烘箱中干 燥 12 以上。改性过程 中 FeSO · 2.2 磷的吸附动力学与等温吸附模型
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7H O、FeCl ·6H O、Al(NO ) ·9H O 和 Cl OZr·8H O 无烟煤材料改性过程中药剂投加量的正交设计
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的投加量采用正交设计，通过磷的吸附量确定。 如 表 1 所示。以磷的去除率为指标，确定其最佳投
1.2 Fe-Al-Z 改性无烟煤的表征 加量 为 1 mmol/g FeSO ·7H O、2 mmol/g FeCl ·6H O、
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Fe-Al-Z 改性前后无烟煤 的 BET 比表面积、孔 4 mmol/g Cl OZr·8H O 和 4 mmol/g Al(NO ) ·9H O
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径分布和孔体积通过全自动比表面和孔径分布分析 （以无烟煤计，全文同）。原始 和 Fe-Al-Z 改性无烟
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仪（Autosorb-EVO，Quantachrome，美国）在 77 下 煤的投加量对磷去除率的影响见 图 3。从 图 3 可以
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N 的吸附-解吸等温线测定。采用扫描电子显微镜 看出，原始无烟煤对磷的去除率较低，当投加量从
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（SEM，S-4800，Hitachi，日本） 和 X 射线能谱分析仪 100 m 增大 到 1 000 mg，磷的去除率仅 从 0.96 % 提
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（EDS，Quantax400，Bruker，德国）表征吸附剂的表面 高 到 11.07%。而经 过 Fe-Al-Z 改性后的无烟煤对
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形貌和金属负载情况， 射线衍射（XRD，Smartlab 9, 磷的去除效果显著提升，当投加量 为 100 m 时，磷
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Rigaku Corporation，日本 用以表征物相特征。 的去除率达 到 92.51%；当投加量 为 200 m 时，磷的
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1.3 磷的吸附、脱附与回收试验 去除率增 至 99.07%，进一步增加其投加量对磷的去
磷的吸附平衡试验在转速 为 125 r/min、温度为 除率基本无影响。因此确 定 Fe-Al-Z 改性无烟煤的
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25 ℃ 的恒温振荡器中进行。将不同量的改性无烟 最佳投加量 为 200 mg。
煤材料投加 到 50 mg/L 100 mL KH PO 溶液中进行 图 4 显示 了 Fe-Al-Z 改性无烟煤对磷的吸附量
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吸附试验，根据磷的去除率确定最佳的吸附剂投加 （q）随时间（t）的变化关系。其吸附过程可分 为 2 个