摘要
磷特别是可溶性磷酸盐废水的排放引起的水体富营养化，已经造成严重地环境污染，其治理迫在眉睫。在含磷废水处理的众多方法中，以废弃秸秆为吸附剂的生物吸附法因原材料丰富，成本低廉等而备受关注。我国是农业大国，年产废弃甘蔗渣约2.62亿吨，废弃甘蔗渣的综合利用亟待开发。为此，本论文以甘蔗渣为载体，制备了系列铁基纳米材料负载甘蔗渣复合物：水铁矿负载甘蔗渣（FH/SCB），零价铁负载甘蔗渣（ZVI/SCB），金属有机框架材料负载甘蔗渣（MIL-101(Fe)/SCB），研究了三种复合物对磷酸根离子的吸附行为和机理，主要内容如下： （1）通过原位沉淀法制备了FH/SCB复合物，探讨了沉淀Fe3+的pH值对复合物吸附性能的影响，研究了最佳条件下制备的复合物对磷酸根的吸附行为和机理。结果表明在pH为4.5时，制备的复合物（FH/SCB4.5）对磷酸根的吸附量最大。SEM-EDS，XRD，TEM，FTIR结果表明，纳米水铁矿均匀负载在甘蔗渣上。等温吸附实验结果表明FH/SCB4.5对pH为2.0，5.3，9.0，12.5时的磷酸根的最大吸附量分别为180.7,79.3,43.5和7.4mgg-1，吸附均符合Langmuir模型，说明磷酸根的吸附以单分子层吸附为主。动力学实验表明FH/SCB4.5对pH为2.0，5.3，9.0时磷酸根的吸附符合Pseudo-second-order模型，在pH为12.5时符合Intra-particle-diffusion模型。共存离子实验表明常见的阴阳离子对磷酸根的吸附均能起到促进作用。机理分析表明：当pH＜10.6时，磷酸根的吸附以形成内球面复合物和静电吸附为主，而pH＞10.6时，主要以形成内球面复合物和配体交换为主。废水处理实验结果表明在吸附剂用量为0.5gL-1时，对实际含磷废水（20mgL-1）的除去率高达99.72%。 （2）采用液相还原法制备了干燥的零价铁负载甘蔗渣（ZVI/SCB）复合物，SEM，XRD结果表明，零价铁成功负载在甘蔗渣上。对制备的ZVI/SCB吸附剂稳定性测试结果表明，在密封条件下保存，吸附量至少在半年内保持稳定。pH和共存干扰离子实验结果表明，ZVI/SCB属于pH依赖性吸附剂，共存干扰离子能促进ZVI/SCB对磷酸根的吸附，且Ca2+，Mg2+的促进效果明显。ZVI/SCB对磷酸根（pH=5.3）的吸附等温线符合Freundlich模型，对磷酸根的最大吸附量为205.2mgg-1，吸附动力学符合Pseudo-second-order模型。XPS，XRD，Zeta电位分析表明磷酸根的吸附以形成Fe3(PO4)2和FePO4内球面复合物和静电吸附为主。 （3）采用水热法，以甘蔗渣、对苯二甲酸和FeCl3为主要原料，制备了金属有机框架材料负载甘蔗渣（MIL-101(Fe)/SCB3）复合物，探索了甘蔗渣的添加量和粒径对磷酸根吸附量的影响。结果表明，采用200-300目粒径0.05g的甘蔗渣制备的复合物对磷酸根的吸附效果最好。XRD，EDS-Mapping，TEM结果表明，MIL-101(Fe)成功负载在甘蔗渣上。pH实验结果表明MIL-101(Fe)/SCB3对磷酸根吸附的最佳pH范围为：3-10，在此范围内，Fe的释放量可忽略不计（＜0.03%）。干扰实验表明共存阳离子（Na+、K+、Ca2+、Mg2+）和阴离子（Cl-、NO3-、SO42-）对磷酸根的吸附容量和吸附速率影响很小，MIL-101(Fe)/SCB3对磷酸根的吸附符合Langmuir模型，最大吸附量为210mgg-1，显著高于空白MIL-101(Fe)（158.1mgg-1）和甘蔗渣（0.04mgg-1）的吸附量。pH实验，共存干扰离子实验，XPS，Zeta电位分析吸附机理可知:MIL-101(Fe)/SCB对磷酸根的吸附以离子交换，形成内球面复合物和静电吸附为主。
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