类水滑石的插层改性及对沼液中磷的吸附去除-厦门大学学报自然.DOC

类水滑石的插层改性及对沼液中磷的吸附 郁强强1，张志榕1，郑杨清 1，郑艳梅1，王海涛1，王远鹏 1，何 宁1，李清彪 1,2* （1厦门大学化学化工学院，福建 厦门 361005 ；2泉州师范学院化学与生命科学学院，福建 泉州 362000） 摘要：通过恒定pH法成功合成了均苯四甲酸插层的锌铝类水滑石（Zn2Al-PMA-LDHs），考察了它的特征结构及组成通式，并对沼液中磷的吸附性能进行了研究。结果表明，Zn2Al-PMA-LDHs对四川遂宁沼气工程所产沼液中磷的吸附性能要大大优于未插层的锌铝类水滑石Zn2Al-Cl-LDHs）。当吸附剂用量为0.1 gL时，Zn2Al-PMA-LDHs在4内，对沼液中磷的由未插层前的11.58 mgg提高了，达到40.31 mgg。同时该吸附剂对沼液中磷酸根的吸附过程符合准二级吸附动力学模型，吸附等温线表现为Langmuir型。Zn2Al-PMA-LDHs进行解吸再生，经过4个循环周期，其对沼液中磷的吸附量仍能达到首次吸附量的70%左右。 关键词：锌铝类水滑石；均苯四甲酸；沼液；磷；吸附 中图分类号： 文献标志码：A 文章编号： 沼气工程在处理畜禽粪便、农作物秸秆等废弃物生产沼气的同时，也会产生大量的沼液这一副产品。通过对目前常规沼气工程的调研，每产出100 m3产品气（98%CH4），就会随之产生约3.7沼液。沼液中除含有大量的有机物、氨氮、重金属外还含有丰富的磷元素，若不经处理直接排放必将造成严重的环境污染[1-2]。由于沼液含有高浓度的氨氮与有机物导致其可生化性差，传统的除磷工艺很难处理[3]。吸附法回收污废水中的磷可大节省化学药剂的使用、减少污泥的产生并降低运行成本，是一种环境友好、极具前景的含磷废水处理和磷资源回收再生技术[5-7]。 类水滑石化合物（hydrotalcite-like compound，HTlc），又称层状双金属氢氧化物(layered double hydroxides，LDHs)，是由层间阴离子与带正电荷层板有序组装而形成的化合物，其结构类似于水镁石Mg(OH)2，有MO6八面体共用棱边形成主体层板。其组成通式为，其中M2+和M3+分别为二价和三价金属阳离子，An-为带-n价的插层阴离子，x为M3+/(M3++M2+)的摩尔比值，m为每摩尔LDHs中结晶水的摩尔数[8]。近来LDHs因在催化[9]、光电磁材料[10-11]、医药载体[12]以及阴离子吸附[13-14]等领域的应用获得很大关注。 吸附法回收沼液中磷的关键就是提高吸附剂在复杂体系中的吸附容量。虽然LDHs对于模拟污水中的磷酸根有较大的吸附容量，但在实际污水、沼液等复杂体系中对磷的选择性不高成为限制其应用的一个瓶颈[15-16]。前人的研究主要集中在改变LDHs的层板组成，通过在层板中引入La[17]、Zr[18]等稀土元素来提高LDHs对磷的吸附选择性，但并不能解决复杂体系的竞争吸附问题，尤其是含有高浓度有机物和大量阴离子的沼液体系。本文通过在Zn2Al-LDHs层间插入均苯四甲酸，提高了其在复杂体系中对磷吸附容量，并重点研究其对沼液中磷的吸附性能，为沼液中磷的资源化回收利用提供借鉴。 1 材料和方法 Zn2Al-PMA-LDHs的制备 按Zn/Al摩尔比为2，称取2.726 g ZnCl2和2.414 g A1C13·6H2O，加去离子水定容至50 m。将该溶液缓慢滴加至提前配置好的50 m 0.2 mol/L的均苯四甲酸溶液中，同时在室温下强烈撹伴，滴加2 molL NaOH溶液使体系pH值保持在8土0.2。滴加完毕后持续搅拌，随后65 ℃下晶化6。将晶化后的产物抽滤洗涤，除去多余的均苯四甲酸及氯离子，70 ℃干燥24，研磨成粉末，即为Zn2Al-PMA-LDHs吸附剂。而按文献[19]制备的为Zn2Al-Cl-LDHs。 Zn2Al-PMA-LDHs的表征 样品的晶体结构采用日本Rigaku公司D/MAX-rC转靶X射线衍射仪分析（Cu Kɑ波长 0.15418 nm，电压35 kV，电流15 mA，扫描速度20°)/min，扫描范围3°～70°）。化学组成采用Agilent-7700x型电感耦合等离子体质谱仪，德国Elementar公司Vario ELⅢ元素分析仪及DIONEX公司ICS-900离子色谱测定。热学性质通过美国TA仪器公司SDT Q600热重分析仪分析。红外光谱信息通过美国Nicolet公司6700傅里叶红外光谱仪测定。 1.3 Zn2Al-PMA-LDHsZn2Al-Cl-LDHs对沼液中磷的吸附 实验用沼液取自四川遂宁齐全养猪场沼气工程，该沼气工程采用秸秆、猪粪等为原料进行混合、中温发酵，发酵浓度为8%，发酵罐总容积为3750 m3