摘要
随着人类社会的发展和进步，过量的磷酸盐进入到水体中导致水体富营养化。本文主要以硬石膏矿石、菱镁矿矿石为原料制备除磷材料硬石膏-水镁石-方镁石复合材料(ABPM);以工业副产物脱硫石膏为原料制备纳米化脱硫石膏，并考察两种材料的除磷性能，研究其除磷机理。通过XRD、XRF、TG/DTG、SEM、TEM等对所选材料进行表征，了解其矿物组成、化学成分、形貌形态等特点。通过静态实验，考察ABPM和脱硫石膏的除磷性能，并表征除磷后的材料，研究其除磷机理。同时考察ABPM作为动态柱填料实际除磷性能。得出以下结论: (1)硬石膏矿石主要是由硬石膏和少量白云石组成，硬石膏呈棱柱状形貌，表面致密光滑，菱镁矿矿石主要是由菱镁矿和少量白云石组成，菱镁矿呈片状形貌，热处理促使菱镁矿分解并形成纳米级方镁石，方镁石晶体团聚呈现椭球形貌，并形成孔洞。热处理产物部分水化后形成了方镁石-水镁石复合物(BPM)。 (2)静态实验结果显示，硬石膏和BPM以5∶1的比例混合最佳，ABPM的最大磷吸附去除量为2614mg g-1(35℃)，酸性环境有利于磷的去除。在磷的初始浓度为10mg·L-1时，磷的去除率可以达到98％，吸附平衡时溶液磷浓度小于01mgL-1。NO3-、Cl-离子、腐殖质对除磷的影响影响很小，HCO3-离子对除磷有抑制作用。最终溶液中的磷经过吸附和沉淀以无定型钙磷化合物(Ca3(PO4)2nH2O)的形式固定下来。BPM在除磷过程中起到协同、缓释、提供吸附位点和产生碱性环境等关键作用。 (3)ABPM材料作为动态柱填料净化模拟含磷(1mgL-1)废水可运行200天以上，磷去除效率超过80％，出水磷浓度达到地表水环境质量Ⅲ类标准(0.2mg L-1)，适合作为低浓度含磷废水深度处理填料。 (4)脱硫石膏样品主要由石膏和少量的白云石、石英组成，石膏晶体呈柱状结构，但是颗粒大小较天然硬石膏小，柱体直径约1-2um。脱硫石膏热处理促使石膏分步脱水并纳米结构化形成了硬石膏。 (5)静态实验结果表明，随着热处理温度的提高，脱硫石膏的最大除磷能力提升，600℃下热处理脱硫石膏具有最大的除磷能力(22.82mg g-1)。并且通过XPS、FTIR和TEM表征手段，证明水中的磷以羟基磷灰石的形式固定下来的。热处理使得脱硫石膏活性钙含量提升、晶体纳米化提升样品比表面积、样品中白云石等成分分解提升混合液pH是使得其除磷能力提升的主要三点原因。
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