| 题名 | 新型镧铝复合固磷剂的制备及其应用基础研究 |
| 作者 | 徐睿 |
| 答辩日期 | 2017-06 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 潘纲 |
| 关键词 | 湖泊富营养化 磷 Eutrophication 吸附剂 Phosphorus 镧改性材料 Adsorbent 同步辐射 Lanthanum-modified Materials X-ray Absorption Fine Structure Spectroscopy |
| 其他题名 | Phosphorus locking by novel lanthanum/aluminum-hydroxide composite and its basic research on implications |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 英文摘要 | 湖泊富营养化现象已成为人类日益严峻的环境问题，而过量的磷进入水体是 导致湖泊富营养化的关键因素之一。因此，探寻高效安全的磷去除新材料和新原 理成为环境领域研究的热点。镧改性吸附剂因其具有较稳定的固磷效果而成为当 今研究最为广泛的除磷材料之一。然而，如何进一步提高镧改性除磷吸附剂的除 磷效果以及镧利用率仍然是我们面临的挑战。本文按照镧铝摩尔比例分别为 1:30，1:20和 1:10，通过氯化镧和氯化铝共沉淀的方法制备出三种镧铝固磷剂 LAH-1/30，LAH-1/20和 LAH-1/10，并采用同步辐射的表征手段研究了镧铝固 磷剂的微观特性及其对水体中正磷酸盐、植酸盐和焦磷酸盐的去除效果和作用机 理，另外还研究了其对太湖天然水体中磷的实际去除效果，从而为长效控制富营 养化水体的磷提供理论和技术支持。主要研究结果如下： （1）制备了三种镧铝固磷剂 LAH-1/30，LAH-1/20和 LAH-1/10，并对其 进行了多种表征。结果表明：镧铝固磷剂的主要成分为氢氧化铝和氢氧化镧的混 合物，平均粒径为 8 ~ 16 µm。镧铝固磷剂 LAH-1/30，LAH-1/20和 LAH-1/10 中镧元素含量依次为 5.3%，7.8%和 13.1%，比表面积依次为 107.1，121.0和 99.3 m2 g-1均高于商业化产品锁磷剂（38.2 m2 g-1）和氢氧化铝（51.2 m2 g-1）。镧 铝固磷剂的电荷零点约为 pH 9.7，而锁磷剂在 pH 4.0 ~ 10.0范围内，表面均带 负电荷（-5.4 mV ~ -43.1 mV）。镧铝固磷剂中镧元素 L3边扩展 X-射线吸收精细 结构（EXAFS）表明镧原子第一配位层 La-O配位数依次为 6.8 ± 0.7，6.5 ± 0.4 和 6.1 ± 0.3，均低于标准物氢氧化镧中 La-O饱和配位数 9.0。并结合电子顺磁 光谱（EPR）测定，表明镧铝固磷剂中镧化合物表面存在着氧空位结构。 （2）研究了镧铝固磷剂对水体中正磷酸盐的去除效果和作用机理。在 pH 为 4.0和 8.5时，镧铝固磷剂 LAH-1/30（镧含量为 5.3%）对正磷酸盐的吸附 量为 76.3和 45.3 mg P g-1，分别是锁磷剂（镧含量为 5.6%）正磷酸盐吸附量的 8.5倍和 5.3倍。磷 K边 X-射线吸收近边结构（XANES）结果表明，酸性条 件 pH 4.0时，磷与镧铝固磷剂中铝化合物的结合能力强；在碱性条件 pH 8.5时， 磷与镧铝固磷剂中镧化合物的结合能力强，证明了配位体交换机理的除磷作用。 镧 L3边 EXAFS结果表明，磷酸根通过形成双齿双核内层络合物的结构结合 在镧铝固磷剂中镧化合物的表面，并且固磷剂中镧化合物表面的氧空位结构对磷 酸盐的也起到一定的吸附作用。镧铝固磷剂主要通过静电引力机理、配位体交换 机理和氧空位的共同作用去除水体中的正磷酸盐。镧铝固磷剂中镧元素和铝元素 的共同作用对以后新型固磷剂的研发提供了一定的指导意义。 （3）研究了镧铝固磷剂 LAH-1/10对水体中不同种类磷如正磷酸盐、植酸 盐和焦磷酸盐的去除效果和作用机理。在 pH 8.5时，镧铝固磷剂 LAH-1/10对 正磷酸盐的最大吸附量为 70.4 mg P g-1，分别是对植酸盐和焦磷酸盐最大吸附量 的 1.9倍和 3.2倍。吸附动力学研究表明 LAH-1/10对植酸盐的吸附速率最快。 并且，LAH-1/10对三种形态磷的解吸率均较小。此外，LAH-1/10吸附三种形态 磷后样品的 Zeta电位、 P固态核磁（SSNMR）分析和磷 K边 XANES结果 共同表明了正磷酸盐、植酸盐和焦磷酸盐均通过吸附作用结合在镧铝固磷剂 LAH-1/10的表面。最小二乘法线性拟合结果（LCF）表明在碱性条件 pH 8.5时， 三种磷化合物均优先结合于镧铝固磷剂中镧化合物表面。 （4）研究了镧铝固磷剂 LAH-1/30和商业化产品锁磷剂对实际太湖水样中 磷的去除效果。结果表明：在低投加量时，即 La/P摩尔比值为 0.5:1时，LAH- 1/30对水体中 TDP的去除率为 20.0%，是锁磷剂对 TDP的去除率 6.1倍；而 当投加量增加至 La/P摩尔比值为 3:1时，LAH-1/30和锁磷剂对 TDP的去 除率差异较小，分别为 33.3%和 30.0%。此外，镧铝固磷剂 LAH-1/30对水体 中的 SRP有较好的去除效果，当 La/P摩尔比为 0.5:1时，其对 SRP的去除 率为 81.0%；当 La/P摩尔比增加至 3.0时，对 SRP去除率能达到 91.9%。 LAH-1/30投加后对水体中 TDN，NH4+ -N和 NO3- -N的含量影响均较小。并且， LAH-1/30中铝离子的浸出量远低于锁磷剂中铝离子的浸出量，但镧离子的浸出 量略高于锁磷剂。LAH-1/30在去除磷的同时对水体中 DOC也有一定的去除作 用，当投加量 La/P摩尔比值为 3:1时，其对水体中 DOC的去除率为 55.7%。 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/38715]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境纳米材料实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院生态环境研究中心 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 徐睿. 新型镧铝复合固磷剂的制备及其应用基础研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2017. |
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