Page 196 - 《精细化工》2021年第10期
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·2126·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 38 卷

            之一，磷是生物生长的必需元素，但是总磷浓度过                             实验评估其对磷酸盐的吸附能力，对改性前后的鸡
            高会造成藻类的过度繁殖以及水体富营养化，导致                             蛋壳进行表征，研究镁改性鸡蛋壳的除磷效果对初
                             [2]
            水中生物大量死亡 。随着中国节能减排政策的实                             始溶液 pH 的依赖性，通过吸附动力学、吸附热力
            施，对于城镇污水处理厂污染物排放标准提出了更                             学与吸附等温线对其吸附行为进行分析，并考察其
            高的要求，其中一级标准中磷质量浓度必须低于                              重复使用性，以期为鸡蛋壳在水环境的应用提供参
            0.5 mg/L。因此，水中磷的去除尤为重要。天然水                         考依据。
                                                     [3]
            和废水中的磷几乎均以正磷酸盐的形式存在 ，本
            文以此模拟含磷废水。                                         1   实验部分
                 国内外除磷方法主要有混凝技术、结晶技术、
                                                               1.1   试剂与仪器
            生物法、化学沉淀法、离子交换法、膜分离法、吸                                 磷酸二氢钾标准品（质量分数> 99.99%），分析
                   [4]
            附法等 。其中，吸附法具有工艺简单、操作方便、
                                                               纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；抗坏血酸、
            成本低、吸附剂易回收且可循环再利用等优点，是
                                    [5]
            目前处理废水的研究热点 。鸡蛋壳可作为吸附材                             钼酸铵、NaOH，分析纯，天津市天力化学试剂有限
                                                               公司；酒石酸锑钾、MgCl 2 •6H 2 O，分析纯，天津市
            料用于去除废水中的磷酸盐，但其本身的吸附能力
                                                               光复精细化工研究所；浓硫酸（质量分数 98%），分
            较为有限，选择合适的改性方法可以提高其对磷酸
            盐的吸附能力。常用改性方法有盐改性、热改性等                     [6-7] 。  析纯，哈尔滨理工化学试剂有限公司；盐酸（质量
                                                        4+
            热改性对鸡蛋壳吸附能力的提高程度有限。用 Zr 、                          分数 36%~38%），分析纯，北京化工厂。
                    3+
                          3+
               3+
            La 、Al 或 Fe 等金属阳离子改性的吸附剂对磷酸                            SL-2000 型不锈钢万能粉碎机，永康市云达机
            盐的吸附能力有所提高，但这些离子（尤其是 Al                      3+    械设备厂；SX-2.5-10A 型马弗炉，天津中环电炉股
                 3+
            和 Fe ）在酸性条件下易氧化还原或释放，从而对                           份有限公司；SHA-B 型水浴恒温振荡器，温州三和
                                              [8]
            水生生物产生毒害作用并使水质恶化 。此外，稀                             量具仪器有限公司；TU-1810 紫外-可见分光光度计，
                                                 2 +
                                    3+
                                                       3+
            土元素成本偏高，例如 La 的价格是 Mg 、Fe 和                        北京普析通用仪器有限责任公司；FE20 型 pH 计，
                      [9]
              3+
            Al 的数倍 。因此，需要探究一种更有效、更具成本                          梅特勒-托利多有限公司；Panalytical Axios 型 X 射
                                                               线荧光光谱仪（XRF），杭州研趣信息技术有限公司；
            效益且环境友好的改性方法以提高吸附剂的除磷能
                                                               Regulus8200 series 型 场发射扫 描电子显 微镜
            力。
                   2+
                 Mg 是一种无毒的金属阳离子，具有环境友好、                        （SEM），日本日立公司；S3500 型激光粒度仪，美
                                                               国 Microtrac 有限公司；X'PertPRO 型 X 射线衍射仪
            价格低廉的优点，用作改性剂可有效提高材料对磷
            酸盐的吸附能力        [10] 。HADDAD 等   [11] 用经镁预处理        （XRD），荷兰 Panalytical 公司；Nicolet iS50 型傅
                                                               里叶变换红外光谱仪（FTIR），赛默飞世尔科技（中
            的柏木屑制备的生物炭回收水溶液中的磷酸盐，最
            大吸附量从未处理的 19.2 mg/g 增加至 66.7 mg/g；                 国）有限公司。
            CUI 等  [12] 研究发现，未经改性的藻酸盐生物炭对磷                     1.2    材料的制备
            酸盐基本不具备吸附能力，经镁改性后除磷率提高                             1.2.1   鸡蛋壳粉末的制备
            到 98.3%。此外，镁是合成叶绿素的重要元素，P                              鸡蛋壳取自学生餐厅，清洗收集到的鸡蛋壳，
            是植物生长的重要营养元素之一，并且鸡蛋壳可以                             内膜除去后用去离子水冲洗，干燥后于万能粉碎机
            防止土壤过酸并为植物提供有效钙                  [13] 。所以，用        中粉碎后，置于电热鼓风干燥箱中在 105 ℃下干燥
               2+
            Mg 改性鸡蛋壳不仅可以去除废水中的磷酸盐，还                            24 h，过 200 目筛，得到鸡蛋壳粉末（ES），置于干
            可以将吸附后的材料用作磷肥的潜在替代品，促进                             燥器中备用。
                                 3+
                           3+
            植物生长。而 Al 、Fe 等金属阳离子对环境有害，                         1.2.2   镁改性鸡蛋壳的制备
            以其改性后的鸡蛋壳并不能用于肥料，无法实现二                                 采用沉积浸渍法，将 ES 与浓度为 1.5 mol/L 的
            次利用。已有研究证明镁改性吸附剂的有效性与安                             MgCl 2 •6H 2 O 溶液以固液比 1∶10（g∶mL）混合加
            全性，CHEN 等      [14] 将镁改性生物炭吸附磷酸盐后用                 入锥形瓶中，置于水浴恒温振荡器中在 150 r/min 下
            作磷肥，莴苣的产量增加 42%，土壤中有效磷显著                           恒温 25 ℃振荡 6 h，取出锥形瓶后过滤，将滤出的
            增加；LI 等    [15] 研究发现，与添加未改性生物炭的土                   固形物置于 105 ℃烘箱中烘干，制得镁盐改性鸡蛋
            壤相比，添加负载磷酸盐的镁改性生物炭的土壤能                             壳的前驱物。将其装入坩埚压实，加盖，置于马弗
            使黑麦草的高度显著增加。                                       炉内。热解过程先升温至 250 ℃保持 30 min，使原
                                                   2+
                 本研究拟以鸡蛋壳为研究对象，用 Mg 对其进                        料受热均匀，热解温度设定为 650 ℃，保温 2 h，冷
            行改性，制得载镁鸡蛋壳（MgES）。通过静态吸附                           却至室温后取出，过 200 目筛，即制得 MgES。取
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