Zn/Fe-LDH改性陶粒对农业径流磷的去除性能研究PPT
引言磷是生物生长的必需元素,但过量的磷进入水体会导致水体富营养化,引发藻类暴发、水体透明度降低等问题。农业径流是磷的重要来源之一。因此,开发高效、可持续的...
引言磷是生物生长的必需元素,但过量的磷进入水体会导致水体富营养化,引发藻类暴发、水体透明度降低等问题。农业径流是磷的重要来源之一。因此,开发高效、可持续的农业径流磷去除方法至关重要。本研究采用Zn/Fe-LDH改性陶粒作为去除剂,探讨其对农业径流磷的去除性能。材料与方法Zn/Fe-LDH改性陶粒的制备首先,将Zn(NO3)2和Fe(NO3)3·9H2O溶于去离子水中,制备成0.1 M的Zn(NO3)2和Fe(NO3)3·9H2O溶液。然后,将两种溶液按1:1的比例混合,并向其中加入适量的去离子水,使混合液中Zn2+和Fe3+的总浓度为10 mM。接着,将混合液转移至聚四氟乙烯内衬中,并在烘箱中烘干。最后,将烘干的混合物在马弗炉中于350℃下煅烧2 h,得到Zn/Fe-LDH改性陶粒。农业径流磷的去除实验采用人工模拟农业径流,通过控制流量和时间,使Zn/Fe-LDH改性陶粒与径流中的磷发生反应。实验过程中,每隔一定时间取样,测定水中剩余的磷浓度。通过比较不同时间点的磷浓度,评估Zn/Fe-LDH改性陶粒对农业径流磷的去除性能。结果与讨论Zn/Fe-LDH改性陶粒对磷的吸附动力学为研究Zn/Fe-LDH改性陶粒对磷的吸附动力学,进行了不同时间点的取样分析。结果表明,随着反应时间的延长,磷的浓度逐渐降低。在反应最初的1 h内,磷的去除速率较快。之后,随着反应的进行,磷的去除速率逐渐降低。这可能是由于Zn/Fe-LDH改性陶粒表面的吸附位点逐渐饱和(图1)。图1 Zn/Fe-LDH改性陶粒对磷的吸附动力学曲线Zn/Fe-LDH改性陶粒的磷吸附容量为进一步了解Zn/Fe-LDH改性陶粒的磷吸附容量,进行了等温吸附实验。结果表明,随着Zn/Fe-LDH改性陶粒投加量的增加,磷的去除率也逐渐提高(图2)。当Zn/Fe-LDH改性陶粒投加量达到2 g/L时,磷的去除率接近100%。这表明Zn/Fe-LDH改性陶粒具有较高的磷吸附容量。图2 Zn/Fe-LDH改性陶粒投加量对磷去除率的影响Zn/Fe-LDH改性陶粒的磷吸附机制为了揭示Zn/Fe-LDH改性陶粒对磷的吸附机制,对吸附后的Zn/Fe-LDH改性陶粒进行了XRD和FTIR分析。XRD结果表明,吸附后的Zn/Fe-LDH改性陶粒中检测到了磷酸盐衍射峰(图3)。这表明吸附在Zn/Fe-LDH改性陶粒表面的物质为磷酸盐。FTIR结果显示,在1 000~1 100 cm−1和800~850 cm−1出现了磷酸盐的特征吸收峰(图4)。这些结果进一步证实了Zn/Fe-LDH改性陶粒对磷的吸附主要是通过形成磷酸盐。图3 吸附后Zn/Fe-LDH改性陶粒的XRD图谱图4 吸附后Zn/Fe-LDH改性陶粒的FTIR光谱图结论本研究采用Zn/Fe-LDH改性陶粒作为农业径流磷的去除剂,探讨了其对农业径流磷的去除性能及其吸附机制。结果表明,Zn/Fe-LDH改性陶粒对农业径流磷具有良好的去除性能。随着反应时间的延长和Zn/Fe-LDH改性陶粒投加量的增加,磷的去除率逐渐提高。XRD和FTIR分析表明,