鈰鐵吸附劑的制備及其吸附水中磷的性能研究

王莉紅

(云南大學(xué)材料科學(xué)與工程系,云南昆明 650091)

稀土元素具有許多其他元素所不具有的特殊性質(zhì)[1-2]。近年來,人們對絡(luò)合物型溶膠-凝膠過程產(chǎn)生了濃厚興趣,此法可以把金屬離子均勻地分布在凝膠中,得到純度高、粒徑小、分散性好、成分均勻的納米粒子。用檸檬酸為配體可以制備比表面積較大的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物 LaFeO3等[3];用檸檬酸鹽溶液乙醇脫水法可以制備PLZT粉末[4]或合成La-Mo系列二元復(fù)合氧化物催化劑[5]。試驗采用檸檬酸法制備Ce-Fe-O復(fù)合氧化物吸附劑,并研究了它對水中磷的吸附性能。

1 試驗部分

1.1 試劑和儀器

試驗所用試劑有:碳酸鈰(Ce(CO3)2),硝酸鐵(Fe(NO3)3·9H2O),上海南匯彭鎮(zhèn)營房化工廠產(chǎn)品;硝酸(HNO3),汕頭市達濠區(qū)精細化學(xué)品有限公司產(chǎn)品;氨水(NH3·H2O),檸檬酸(C6H8O7·H2O),無水乙醇(C2H5OH),廣州化學(xué)試劑二廠產(chǎn)品;蒸餾水。

除特殊說明外,所有試劑均為分析純。

試驗所用設(shè)備有:TG-328B型電光分析天平(上海精密科學(xué)儀器有限公司),721分光光度計, p Hs-3C型精密p H計,JJ-78-1型攪拌器,電熱鼓風(fēng)干燥箱,RJM-2.8-10型茂福爐,800型離心沉淀器(上海手術(shù)器械廠)。

1.2 Ce-Fe-O復(fù)合氧化物吸附劑的制備

稱取一定量碳酸鈰,加入5 mol/L硝酸至完全溶解,再加入2 mol/L氨水使之產(chǎn)生沉淀,離心水洗后加入稀硝酸,于60℃水浴加熱至形成淡黃色CeO2水溶膠。另將一定量Fe(NO3)3·9H2O溶于水,加入無水乙醇和0.5 mL濃硝酸,在所得溶液中加入適量檸檬酸,形成棕色溶液。將棕色溶液與CeO2水溶膠混合攪拌一定時間,形成棕色溶膠,將溶膠在100℃水浴中加熱至形成黏稠狀凝膠,所得凝膠在電熱鼓風(fēng)干燥箱中于100℃下烘2 h,在馬弗爐中600℃下焙燒10 h,得到Ce-Fe-O復(fù)合氧化物。

1.3 靜態(tài)吸附

用KH2PO4(分析純)和蒸餾水配制質(zhì)量濃度為50 mg/L(以P計)的磷酸鹽模擬水樣,使用時以蒸餾水稀釋至所需濃度。在各樣品瓶中加入一定量Ce-Fe-O復(fù)合氧化物粉末,用鹽酸或氨水溶液調(diào)節(jié)溶液p H。各樣品瓶在攪拌器上攪拌一定時間后,用中速濾紙過濾,對濾液進行水質(zhì)分析。

水中的磷采用釩鉬酸分光光度法測定。

1.4 相關(guān)計算公式

吸附劑的平衡吸附量及水中磷的去除率采用下式計算:

式中:q——吸附劑的平衡吸附量,mg/g;ρ1, ρ2——吸附前后水樣中磷的質(zhì)量濃度,mg/L;V——處理水的體積,mL;m——吸附劑質(zhì)量,g; a——磷去除率,%。

2 結(jié)果與討論

2.1 鈰鐵吸附劑的吸附速率

在水樣中磷質(zhì)量濃度10 mg/L、p H=4.5條件下,恒溫振蕩不同時間后,測定水中殘留磷的質(zhì)量濃度,計算吸附量。試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 鈰鐵吸附劑的吸附速率

從圖1看出,鈰鐵吸附劑對水中磷的吸附主要發(fā)生在前1 h內(nèi),2 h時達到飽和。而活性氧化鋁的吸附速率試驗結(jié)果表明,在p H=4.5、其他條件相同情況下,吸附在3 h以后達到平衡?？梢?相同條件下,鈰鐵氧化物吸附劑對水中磷的吸附速率比傳統(tǒng)吸附劑活性氧化鋁要快得多。

2.2 p H對鈰鐵吸附劑除磷的影響

在不同p H條件下,針對鈰鐵吸附劑和活性氧化鋁吸附劑進行吸附試驗?；钚匝趸X投加量2 g/L,接觸時間4 h;鈰鐵吸附劑投加量1 g/L,接觸時間4 h。試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 p H對吸附劑除磷吸附量的影響

圖2表明:磷質(zhì)量濃度為50 mg/L時,活性氧化鋁的最佳p H吸附范圍為2.8～3.8,最大吸附量為9.4 mg/g;而鈰鐵吸附劑的最佳吸附p H范圍為4～5,最大吸附量為16.25 mg/g;同時,堿性條件下,鈰鐵吸附劑的吸附量也比較大?？梢?鈰鐵吸附劑的使用p H范圍更寬,吸附量更大。

2.3 鈰鐵吸附劑的吸附平衡

描述水溶液中的吸附過程通常采用Langmuir方程。Langmuir方程的線性化形式為

式中:ρe——平衡質(zhì)量濃度,mg/L;qe——平衡吸附量,mg/g;qm、kL——Langmuir方程系數(shù),qm、kL值越大,表明吸附劑的吸附性能越好。吸附等溫線如圖3所示。

圖3 鈰鐵吸附劑的Langmuir吸附等溫線

圖3表明,鈰鐵吸附劑對廢水中磷的去除是有效的。在試驗濃度范圍內(nèi),鈰鐵吸附劑的除磷性能可以用Langmuir吸附等溫式進行描述。

3 結(jié)論

Ce-Fe-O復(fù)合氧化物吸附劑制備簡單。相同條件下,與活性氧化鋁相比,其吸附除磷效果更好,吸附量更大,接觸時間短,吸附機制符合Langm uir方程。針對Ce-Fe-O復(fù)合氧化物吸附劑,其制備方法、吸附機制、吸附動力學(xué)及結(jié)構(gòu)與其他方面的性能還需進一步研究。

[1] 季君暉,史維明.抗菌材料[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2003:8.

[2] 岳林海.稀土元素摻雜二氧化鈦催化劑光降解久效磷的研究[J].上海環(huán)境科學(xué),1998,17(9):17-19.

[3] Tejuca L G,Fierro J L G,Tascon J M D.Structure and Reactivity of Perovskite-type Oxides[J].Adv Catal,1989,36 (2):237-328.

[4] 李德宇,徐月英,屠恒勇,等.Y-Ba-Cu-O系高溫超導(dǎo)相晶體結(jié)構(gòu)的研究[J].無機材料學(xué)報,1988,3(1):27-31.

[5] 匡文興,范以寧,陳開東,等.La-Mo系列復(fù)合氧化物超細微粒催化劑的制備[J].物理化學(xué)學(xué)報,1996,12(9):861-865.