天然膨润土的矿物特性及其磷吸附性能研究

比较了不同天然膨润土共7个样品对不同程度磷污染水体的吸附净化性能,通过等温吸附实验,探讨了膨润土对磷的吸附机制.结果发现,供试膨润土对水体磷均有一定的吸附净化潜力,但针对不同程度磷污染水体存在一定差异,且同一属型膨润土的吸附净化能力因矿物组成差异而不同.针对模拟V类水(P 0.4 mg/L)和劣V类水(P 1.0 mg/L),BN-2的吸附净化能力最强,BN-6的吸附净化能力较差,而其余膨润土对磷的吸附净化能力稍显差异.天然膨润土对磷的吸附等温曲线符合Freundlich方程,说明膨润土对磷的吸附可能属于不均匀介质的多分子层吸附.结果表明,在针对不同程度磷污染水体时,需根据膨润土的矿物特性,使各具特殊性质的不同天然膨润土矿样得到有效的应用.     

镁铝双氢氧化物和镁铁铝改性蒙脱土去除水体中磷的吸附效果研究

通过间歇式批实验和动力学实验研究了不同pH条件下磷酸盐在镁铝双氢氧化物（Mg-Al-LDH）、钠基膨润土（Na-Mt）及镁铁铝改性膨润土（Mg-Al-Mt、Fe-Mt和Fe-Al-Mt）的吸附特征。结果表明,在pH4.5～9.0范围内,随着pH的升高,Na-Mt,Fe-Mt和Fe-Al-Mt3种矿物对磷的吸附率相应减少,镁铝双氢氧化物对磷的吸附率有所增加;Mg-Al-LDH、Fe-Mt和Fe-Al-Mt的对磷吸附率约为95%,比Mg-Al-Mt高40%,比Na-Mt高80%。用Langmuir方程描述磷的等温吸附过程,最大吸附容量（Qm）大小顺序为Fe-Al-Mt〉Fe-Mt〉Mg-Al-LDH〉Mg-Al-Mt〉Na-Mt,b值大小依次为Mg-Al-LDH〉Fe-Mt〉Fe-Al-Mt〉Mg-Al-Mt〉Na-Mt,最大缓冲容量（Qmb）以Mg-Al-LDH的为最大,Na-Mt的为最小;Freundlich等温吸附方程参数KF代表相对吸附容量,以Mg-Al-LDH的KF值最高,依次是Fe-Mt、Fe-Al-Mt和Mg-Al-Mt,Na-Mt的KF值最小,这与Qmb的结果一致;决定系数（R2）表明,Langmuir等温吸附方程能更好地拟合铁改性蒙脱土和铁铝改性蒙脱土,而Freundlich方程对钠蒙脱土,双氢氧化物和镁铝改性蒙脱土的拟合效果要好。磷酸盐吸附过程分为快反应和慢反应,用动力学实验数据进行拟合,准二级动力学方程能够更好的拟合改性蒙脱土和Mg-Al-LDH对磷的动力学吸附数据,其决定系数为0.999;Elovich方程拟合改性蒙脱土磷酸盐的吸附数据也有很好的相关性（R2为0.89～0.94）。Na-Mt矿物磷酸盐的吸附用抛物线扩散方程描述最为合适,原因可能是磷酸盐镶嵌在矿物层间是一个扩散过程,不涉及化学吸附过程。     

不同改性黏土矿物吸附净化磷污染水体的性能比较

比较了酸、热及其复合改性对凹凸棒石黏土、膨润土和高岭土等3种黏土矿物吸附净化不同程度磷污染水体能力的影响。结果发现,2%浓度酸处理、300℃热活化及酸热复合改性均可以显著提高凹凸棒石黏土的磷吸附净化能力,且以复合改性效果最好,Ⅴ类和劣Ⅴ类水的磷去除率均比原土提高30%以上;酸、热改性均能显著提高膨润土的磷吸附净化能力,但综合不同程度磷污染水体来看,热活化略优于酸改性,但酸热复合改性没有呈现更佳的效果;热改性显著提高高岭土的磷吸附净化能力,而酸改性却不同程度地降低了高岭土的磷吸附净化能力,酸热复合改性的效果亦不如热单独改性。结果表明,在针对不同程度磷污染水体时需根据黏土矿物特性选用酸处理、热活化或酸热复合改性方法来提高污水的吸附净化效率。     

长期施用牛粪条件下草原土壤磷的等温吸附与解吸动力学

应用Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温吸附方程和二次曲线模拟等温解吸方程对连继２７年施用不同量牛粪以及施用无机肥的草原土壤磷等温吸附、解吸动力学进行研究。结果表明长期施用１００ｍ＾３／ｈａｙ以上牛粪，表层及表下层土壤磷的最大吸附缓冲容量及键合强度大在降低，当施用量达到２００ｍ＾３／ｈａｙ时，零吸附平衡浓度（ＥＰＣ）显增加，进入土壤的磷较难以充分固定；对表层土壤的吸附缓冲容量、吸附亲合力强度以及活性铝的含量呈显     

天鹅湖沉积物对磷的吸附动力学及等温吸附特征

以荣成天鹅湖这一天然泻湖为研究对象,研究了6个样点沉积物对磷的吸附动力学曲线和等温吸附方程,并分析了沉积物理化性质与磷吸附参数间的关系.结果表明,天鹅湖不同区域沉积物对磷的吸附动力学均符合二级动力学方程,吸附反应主要在前10h内完成,且0～2h内反应迅速.根据Langmuir模型,6个样点沉积物对磷的理论吸附容量(Qmax)的范围为294.12～1 111.11 mg/kg,其中湖区北部和中部沉积物的吸附能力高于南部.沉积物对水体中磷的吸附解吸平衡浓度(EPC0)的变幅为0.002 ～ 0.033 mg/L,其与沉积物本底吸附态磷(NAP)呈较弱的正相关关系.本研究条件下,大部分样点的EPC0小于上覆水中磷的浓度,其中湖区西北部和东南部沉积物中磷具有向上覆水体释放的趋势.沉积物的NAP与总氮、有机质、活性铝和黏粒间均呈显著正相关,Qmax与铁铝结合态磷、有机质、活性铝和粉粒间呈显著的正相关关系.活性铝、有机质和粒度是影响沉积物磷吸附的主要因素.     

长期施肥与土壤性质对水稻土磷吸附的影响

基于长期定位试验(始于1981年),采用磷等温吸附试验方法,研究了不同施肥措施(包括无肥、单施化肥、稻草还田、沼肥)及相关土壤性质对耕层水稻土(0~15 cm)磷吸附特性的影响。结果表明,等温吸附试验中,不同施肥处理的水稻土,随着磷浓度的增加,磷的吸附量逐渐增大。对磷等温吸附曲线,用Langmuir方程拟合效果比Freundlich和Temkin方程好,各处理拟合优势度均在0.99以上。基于Langmuir方程计算,土壤磷最大吸附量(X_m)大小顺序为沼肥稻草单施化肥无肥,且沼肥处理显著高于其余3个处理(P0.05);同时,沼肥处理的磷吸附饱和度亦显著高于其它处理,但处理间土壤磷吸附常数与磷最大缓冲容量无显著差异。X_m值与土壤草酸浸提态磷(P-ox)、无定型铁(Fe-ox)、无定型铝、交换态钙、镁的含量有较高的相关性,其中与P-ox、Fe-ox的相关性最显著,相关系数分别为0.95(P0.01)、0.64(P0.05);主成分分析表明,无定型铁、铝与交换态钙、镁是引起不同施肥处理磷吸附差异的主要因素。与无肥及单施化肥相比,长期施用沼肥显著提高了土壤无定型铁、铝的含量(P0.05),从而增强了土壤磷吸附能力。     

改性高岭土对废水中磷的吸附性能及机理研究

采用盐酸和煅烧2种方法对苏州高岭土进行了改性,分析其对模拟含磷废水中磷的吸附效果,并初步探讨了其作用机制,继而进行了等温吸附和吸附动力学试验研究。结果显示,酸、热改性均不同程度地提高了高岭土对模拟废水中磷的吸附净化能力,尤以9%酸改性和500℃煅烧效果最为明显。在处理25 ml浓度为20 mg/L的模拟含磷废水中,高岭土投加量为2%(重量比)时,经9%酸改性高岭土对磷去除率达81.8%,较天然高岭土提高了44.6%。在处理50 ml浓度为20 mg/L的模拟含磷废水时,经500℃煅烧改性高岭土对磷的去除率高达99.5%,残留溶液中磷浓度仅为0.10 mg/L,达到我国相应排放标准。酸改性可通过改变高岭土的吸附活性点位来提高其对磷的吸附净化性能,而煅烧通过活化高岭石中的铝而提高其对磷的吸附净化性能。天然、9%酸改性及500℃煅烧高岭土磷吸附等温线均符合Freundilch和Langmuir方程,皆达极显著水平(P<0.01)。天然、9%酸改性及500℃煅烧高岭土对磷的动力学吸附特征一致,皆与准二级方程拟合最佳,达极显著水平(P<0.01)。500℃煅烧高岭土对磷的饱和吸附量最大,在净化含磷废水中具有良好的应用前景。     

铁氧化物-胡敏酸复合物对磷的吸附吸附

本试验通过设置不同磷酸根浓度、 pH和不同电解质及电解质强度梯度,研究磷酸根在针铁矿-胡敏酸（HA）复合物和赤铁矿-胡敏酸（HA）复合物表面的吸附特性。X射线衍射（XRD）、 扫描电镜（SEM）和红外光谱（FTIR）图谱显示: 铁氧化物包覆胡敏酸后其内部结构特性保持不变; 氧化铁与胡敏酸通过氢键形成粒径大、 表面光滑的铁氧化物-HA复合微粒,且复合物比表面减小; 形成的氧化铁-胡敏酸复合物对磷的吸附能力增强,且针铁矿复合物的吸附能力大于赤铁矿复合物,均为多层吸附过程; pH增高抑制铁氧化物复合物对磷的吸附,同时电解质浓度增加促进复合体对磷的吸附,且反应后体系pH随之降低。     

模拟酸雨对赤红壤磷素及Ca2+，Al3+，Fe2+淋失特征的影响

本研究通过室内土柱试验,研究了不同强度和持续时间的模拟酸雨淋溶下,赤红壤磷素淋失量及部分阳离子（Ca2+、Al3+、Fe2+）的释放程度和特征。结果表明:经pH 2.0、pH 3.0、pH 4.0、pH 5.0模拟酸雨持续淋溶 34 d后,淋溶液pH值变化并不明显（＞0.05 ）,而对Ca2+、Fe2+的溶出有显著的促进作用,Ca2+、Al3+、Fe2+ 溶出量均随 pH 值的降低而升高,Al3+ 和 Fe2+ 淋失量在pH 2.0时均有骤增现象。随淋溶时间的增加,土壤可溶态磷的淋失量表现为先增加后逐渐降低;随着pH值的降低,土壤磷淋失总量也表现为先增加后降低,pH4.0的酸雨有助于促进土壤磷的释放,pH＜4.0时土壤磷的淋失减少。相关分析发现淋溶液中磷淋失总量与Al3+和Fe2+溶出量均呈显著负相关（r1=0.6531, r2=0.5107）,和Ca2+总溶出量相关关系不显著（r3=0.1287）,表明高强度酸雨降低了土壤磷淋失量可能与酸雨作用导致活性铁、铝的大量释放,增加了磷的活性吸附点位,从而增加了对磷酸根离子配位吸附与固定有关。     

四种典型重金属污染对土壤吸附磷的影响

以空白土壤和人工制备的不同浓度铜、砷、镉和铅污染土壤为对象,研究了在不同pH值、温度和柠檬酸浓度条件下重金属污染对土壤吸附磷的影响,并对其进行了相关过程的等温和吸附动力学的机理分析。研究结果表明,空白土壤和As污染土壤吸附磷的等温吸附过程符合Temkin方程,Cu、Pb、Cd污染土壤吸附磷的等温吸附过程符合Freundlich方程,空白土壤和重金属污染土壤吸附磷的动力学过程均符合Elovich方程;重金属污染对土壤吸附磷有一定的抑制作用,抑制程度与污染物浓度呈现显著的正相关,且随外在环境因子的改变而不同。当重金属元素铜、铅、砷、镉的含量分别为200、80、25、0.8 mg kg^-1时:pH值为5时,重金属对土壤吸附磷抑制作用最小,土壤吸附磷量分别降低了30.18%、13.54%、30.74%、37.23%,其抑制作用程度为:Cd> As> Cu> Pb;土壤吸附磷量与温度呈现显著的正相关,温度变化为25~45℃时,土壤对磷的吸附量分别增大了17.14%~28.83%、6.72%~16.05%、8.68%~9.13%、10.30%~23.45%,同一条件下重金属对土壤吸附磷抑制作用程度为Cu> Cd> As> Pb;重金属污染土壤吸附磷量与柠檬酸浓度成负相关,柠檬酸浓度为50 mg L^-1时,土壤吸附磷量分别降低了19.87%、21.94%、23.18%、24.84%,相同柠檬酸浓度下其抑制作用程度为Cd> As> Pb> Cu。     

改性沸石吸附柱去除和回收脱磷尿液废水中氨氮试验研究

经鸟粪石沉淀法回收尿液中磷后的废水中仍含有高浓度的氨氮,若直接排放,不仅会造成水体污染,也导致氮资源浪费。本文在5％HCl浸提,400℃焙烧,结合微波处理改性沸石以提高氨氮吸附能力的基础上,研究了改性沸石吸附柱高度（H）、吸附柱串联数量（N）以及水力停留时间（T）对脱磷尿液废水中氨氮去除效果的影响,评价了HCl溶液、NaCl溶液及其组合对吸附氨氮饱和的沸石的再生效果。结果表明：HCl-焙烧-微波改性沸石对氨氮的平衡吸附量为17．9mg·g-1,是天然沸石对氨氮平衡吸附量（6．9mg·g^-1）的2．6倍。当柱高H=35cm,水力停留时间亚2．0h,吸附柱串联个数N=3时,改性沸石对脱磷尿液废水中氨氮的去除效果最佳。当吸附柱内氨氮负荷小于6370mg时,吸附柱出水中氨氮浓度低于30mg·L-1。10％HCI＋5g·L-1 NaCl混合液作为沸石再生剂时,氨氮洗脱率达到88．3％,再生沸石的平衡吸附量可达16．4mg·g-1,为改性沸石的91．6％。可见,改性沸石吸附柱可有效去除脱磷尿液废、水中氨氮,同时10％HCI＋5g·L-1 NaCl混合溶液能够有效实现沸石再生和氨氮回收。研究结果为脱磷尿液废水中氨氮处理与回收中试试验奠定了基础。     

渤海沉积物中氧化铁的异化还原特征

采用厌氧泥浆培养试验,通过对体系中Fe（Ⅱ）含量变化测定,明确了不同海区沉积物样品中Fe（Ⅲ）的厌氧还原特征。结果表明,不同采样位置的沉积物中Fe（Ⅲ）的还原潜势存在一定差异,除S17及S7样点外其他样品的Fe（Ⅱ）生成量都在3~5 mg.g-1之间,说明来自于不同位置的沉积物本身所含的可还原氧化铁数量及水环境对铁还原的影响不同。海河及大沽排污河河口的Ⅳ类水质海区沉积物中Fe（Ⅲ）还原能力最为强烈,在大港北排河及子牙新河的排海口Fe（Ⅲ）还原亦较高。距离海岸较远的Ⅰ类水质海区沉积物中Fe（Ⅲ）还原能力较弱。通过Logistic模型拟合和方差分析可以看出,Ⅰ类和Ⅱ类海区的Fe（Ⅱ）的最大累积量（a）没有显著差异,而与Ⅲ类和Ⅳ类海区差异达到极显著水平;Fe（Ⅱ）的累积速率常数（k）在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ类水质海区没有显著的差异,但在最大反应速率（Vma）x上却反映出区别,其中Ⅱ和Ⅲ类水质海区的差异不明显,而与Ⅰ和Ⅳ类水质海区呈现极显著的差异。Fe（Ⅱ）的最大累积量（a）与NO3--N浓度呈显著的负相关关系,相关系数达到-0.834 5,表明NO3-与Fe（Ⅲ）是沉积物中相互竞争的电子受体。     

锆改性沸石活性覆盖控制重污染河道底泥氮磷释放研究

通过实验考察了锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附去除作用,并考察了锆改性沸石活性覆盖控制底泥溶解性磷酸盐和铵释放的效率。锆改性沸石对水中磷酸盐的吸附能力随pH值的增加而降低：当pH值由4增加到5时,锆改性沸石对水中铵的吸附能力增加;当pH值5-8时,对铵的吸附能力较高;当pH值由8增加到10时,对铵的吸附能力下降。锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附动力学满足准二级动力学模型,并且对磷酸盐和铵的吸附速率比较快。Langmuir和Freundlich等温吸附模型可以用于描述锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附平衡数据,根据Langmuir模型计算得到的锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的最大吸附量分别为7．75mg·g-1和9．59mg·g-1（pH7和25℃）。锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的去除率随锆改性沸石投加量的增加而增加,其吸附水中磷酸盐的主要机制是配位体交换,吸附水中铵的主要机制是阳离子交换。被锆改性沸石所吸附的磷酸盐大部分（82．5％）以较为稳定形态磷（NaOH—P）存在,低溶解氧条件下不容易重新被释放出来。吸附磷酸盐后锆改性沸石中水溶性磷（WSP）、易解吸磷（RDP）和NaHCO,可提取态磷（Olsen—P）含量非常低,藻类可利用磷（AAP）含量仅占总磷含量的29％左右。低溶解氧条件下,重污染河道底泥会释放出大量的溶解性磷酸盐和铵,锆改性沸石活性覆盖则不仅可以使上覆水中的溶解性磷酸盐浓度控制到很低的水平,而且可以明显降低铵由底泥向上覆水迁移的速率。上述实验结果表明,锆改性沸石适合作为一种活性覆盖材料用于控制底泥溶解性磷酸盐和铵的释放。     

离子强度和磷酸盐对铁铝矿物及土壤吸附As（V）的影响

选用针铁矿、赤铁矿、水铁矿、水铝矿4种铁铝矿物以及性质差异较大的黑土、紫色土和红壤3种土壤,研究离子强度和磷酸盐对其吸附As（V）的影响。结果表明,在0．01、0．1、1mol·L^-13种离子强度下,矿物和土壤对As（V）的吸附量无明显差异或随离子强度增大而增大,其对砷的吸附以专性吸附为主。磷酸盐对矿物和土壤吸附砷的影响与其添加顺序及摩尔浓度比有关。水铝矿和水铁矿在这3种添加顺序下的砷吸附量无明显差异,仅在P／As摩尔比较大时表现出下降趋势;而在针铁矿和赤铁矿两种矿物上,先添加砷时的砷吸附量高于先添加磷时或两者同时添加时,且砷吸附量随WAs摩尔比的增加而逐渐下降。在黑土、紫色土和红壤上,先添加砷比先添加磷或两者同时添加时的砷吸附量均要高,尤其是在紫色土上。随P／As摩尔比升高,土壤对砷的吸附量表现出下降趋势。     

磷化铝对土壤微生物数量和酶活性的影响

为明确磷化铝对土壤微生物数量和酶活性的影响,采用室内培养的方法,研究了经0.1、1mg.g-1和10mg.g-13个浓度磷化铝熏蒸处理后,供试土壤中微生物数量和土壤酶活性的变化。结果表明,磷化铝处理土壤后,各个浓度的磷化铝对土壤细菌、真菌和放线菌数量具有抑制作用,浓度越高,抑制作用越强,但一段时间后低浓度（0.1mg.g-1）处理对土壤微生物数量的影响恢复至对照水平。磷化铝对土壤脲酶表现为抑制作用,并随浓度升高而增强;低浓度处理对土壤中的蔗糖酶活性抑制作用不明显,而高浓度（10mg.g-1）处理表现为强烈的抑制作用;各浓度处理初期对土壤过氧化氢酶表现为抑制或激活作用,但到第30d,恢复至对照水平。这说明,施入常规剂量的磷化铝对土壤微生物数量和土壤酶活性会产生一定的影响,在经过一定时间后均可恢复至对照水平。     

互花米草厌氧发酵渣活性炭的制备表征及吸附性能研究

利用废弃物互花米草厌氧发酵渣为原料,以H3PO4为活化剂,于N2保护下,在不同的活化温度（400~700℃）和剂料质量比（0.5~3.0）条件下制备活性炭,以低温液氮（N2/77.4 K）吸附测定活性炭的比表面积、孔容及孔径分布,以FTIR、pHPZC测定分析活性炭表面化学性质;以亚甲基蓝为特征污染物,考察所制备的活性炭成品的吸附能力。结果表明,随着剂料质量比的增大,活性炭孔径分布变宽,中孔所占比例增大;在所考察的活化温度范围内,活性炭N2吸附容量大小与BET比表面积呈现相同的趋势。活化温度为500℃、剂料质量比为2.0条件下所制备的活性炭对亚甲基蓝的吸附性能良好,最大吸附容量可达243.90 mg.g-1,符合Langmuir吸附等温模型。亚甲基蓝Langmuir最大吸附容量与活性炭BET比表面积存在一定的线性关系。该活性炭制备方法为互花米草厌氧发酵渣的综合利用找到了新的途径。     

巯基修饰和胡敏酸包裹纳米Fe3O4颗粒的制备及其对溶液中Pb2＋Cd2＋Cu2＋的吸附效果研究

采用改进的化学共沉淀法制备纳米Fe3O4颗粒,利用3-巯丙基三乙氧基硅烷（MPTES）和胡敏酸（HA）对所制备的纳米Fe3O4进行巯基修饰和胡敏酸包裹,通过红外光谱（IR）、X射线衍射分析（XRD）等方法对上述制备的纳米颗粒的性质进行了表征,同时对上述不同的纳米Fe3O4颗粒在恒温下对水体中金属离子（Pb2＋、Cd2＋、Cu2＋）的吸附进行了研究。结果表明,所制备的功能化前后的纳米Fe3O4纯度较高,平均粒径约为20～30nm,且分布均匀。不同纳米型Fe3O4颗粒对溶液中金属离子具有较好的吸附性能,其吸附等温线均可以用Langmuir方程进行较好的拟合;裸露的纳米Fe3O4颗粒对Pb2＋最大吸附量（b）达到172.4mg·g-1,经过胡敏酸包裹后的纳米Fe3O4颗粒对Cd2＋、Cu2＋的最大吸附量分别增加了75.8%和231.5%;对不同金属离子而言,裸露的和巯基修饰的纳米Fe3O4对3种重金属离子的吸附能力的强弱为Pb2＋〉Cd2＋〉Cu2＋,而经胡敏酸包裹后的顺序则为Pb2＋〉Cu2＋〉Cd2＋;与裸露的和巯基修饰的纳米Fe3O4相比,经HA包裹的纳米Fe3O4对Cd2＋和Cu2＋具有较高的吸附量和吸附亲和力参数,而对Pb2＋的吸附无显著性差异。     

冻融作用对土壤镉吸附特征的影响

选择东北地区棕壤为供试土壤,采用人工控温方法进行冻融处理（冻-融时间为12h-12h,冻-融温度为-30℃-30℃）,进行不同含水量和冻融频次处理下土壤镉的静态等温吸附试验和动力学等温吸附试验,并选择不同模型对吸附曲线进行拟合,研究冻融作用与土壤镉吸附特征之间的关系。结果表明：未冻融和冻融处理土壤对镉的吸附量均随着含水量的增加先增加后减少;冻融作用会增加土壤镉的吸附量,加快土壤镉的吸附速率;Henry模型和Temkin方程可以较好拟合土壤镉静态等温吸附曲线,双常数方程、Elovich方程和型曲线方程则可以很好拟合土壤镉动力学等温吸附曲线。