摘要
赤泥是制铝工业中产生的工业固体废弃物，颗粒细小、比表面积大且含有活性氧化物是一种常见的磷酸盐吸附剂，但脱附磷酸盐的赤泥吸附剂再生特性研究较少，本文总结了国内外赤泥吸附磷以及再生方法，此基础上以赤泥作为主要原料，通过烧结活化的方法制备活化赤泥颗粒吸附剂，对贵州瓮福磷矿选矿厂尾矿坝浮选尾水中的磷进行静态吸附/脱附研究，优选出最佳制备方式以及吸附/脱附条件，通过宏观的动力学和热力学，微观测试，分子动力学和蒙特卡洛方法模拟探讨吸附剂的再生机理，得到以下结论： （1）采用烧结方式活化赤泥颗粒吸附剂，对废水进行单因素和正交静态吸附试验得出，赤泥、木炭粉、硅溶胶质量比为92:5:3，烧结时间30min，烧结温度700℃条件下制备出的活化赤泥颗粒吸附剂吸附效果最佳，反应温度35℃，反应时间18h，初始磷浓度300mg/L，吸附率为99.26%，正交试验表明，反应过程中时间是主要的影响因素。吸附处于熵增过程，吸附过程与Langmuir等温模型和伪二阶动力学线性模型匹配较好，说明活化赤泥颗粒吸附剂对磷酸盐的吸附主要为单分子层吸附，化学吸附/化学相互作用是磷酸盐吸附的主要限速因素。微观测试得出三种主要吸附途径：静电吸附产生的磷酸根与活化赤泥颗粒吸附剂表面-OH基团的配位体交换，化学沉淀包括Ca2+离子等金属离子与磷酸根形成沉淀，吸附剂表面结构间的扩散作用。 （2）对吸附后的活化赤泥吸附剂进行再生脱附试验得出，脱附效果HCl＞NaOH＞NaCl＞去离子水，脱附剂浓度越高脱附效果越好，再吸附试验中浓度0.2~0.5mol/L的HCl脱附剂再生效果较好，这是由于酸的作用使颗粒疏通孔道，颗粒内部有效点位暴露，且再吸附效果优于不同浓度的NaOH、NaCl和低浓度HCl，选择浓度0.2mol/L的HCl脱附剂，综合颗粒质量损失和吸附率吸附剂可再生使用三次。脱附过程平均自由能为化学脱附且高温有利于脱附，脱附过程与Langmuir模型和伪二阶动力学线性模型匹配较好，说明脱附以单分子层表面脱附为主且化学脱附限制其速率。微观测试得出，表面元素分析可知磷有效的去除，其中金属元素Ca的溶出最多，其次是Al、Fe元素，说明HCl脱附剂与赤泥中的活泼元素发生了反应，腐蚀作用使得元素从活化赤泥颗粒吸附剂表面解体溶于水中并伴随着磷的脱附，脱附前后矿物组成类似，对于吸附剂再利用的影响较小，官能团中钙铁榴石的[SiO4]4-基团的振动基本消失，PO43-基团波峰强度明显下降，说明HCl脱附剂对磷的脱附过程伴随着化学反应。 （3）分子动力学和蒙特卡洛方法模拟研究再生机理得出，吸附过程活化赤泥颗粒吸附剂能有效吸附磷主要是离子键作用，其次是氢键作用。HCl脱附过程主要参与H2PO4-与活化赤泥颗粒吸附剂表面离子键以及氢键断裂，并使得范德华力的减少，HCl脱附体系均方位移大于去离子水体系，HCl脱附体系与磷相互作用加速了扩散导致吸附能力的下降，HCl脱附剂体系扩散系数大于去离子水体系且温度越高扩散系数越大，HCl脱附体系吸附量小于去离子水体系，温度越高脱附剂脱附能力越强，HCl脱附剂主要脱附活化赤泥颗粒吸附剂中Ca、Al原子吸附的磷，而去离子水只能脱附表层的磷，脱附过程HCl脱附剂加速了吸附第一特征峰能量下降和波峰的后移。
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