柑橘皮吸附城市生活污水中磷的研究

沈王慶+李道華

摘要：考察了柑橘皮對(duì)城市生活污水中磷的吸附影響，采用L16（45）正交試驗(yàn)進(jìn)行了研究，同時(shí)對(duì)其熱力學(xué)也進(jìn)行了相關(guān)研究。結(jié)果表明，當(dāng)柑橘皮的用量為2.0 g ，反應(yīng)溫度為50 ℃，污水pH為3，反應(yīng)時(shí)間為120 min時(shí)，柑橘皮對(duì)城市生活污水中磷的吸附率達(dá)到最大值，為98.79%，各因素影響的主次關(guān)系依次為柑橘皮的用量、污水pH、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度；柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附是自發(fā)且吸熱的過(guò)程。

關(guān)鍵詞：柑橘皮；正交試驗(yàn)；城市生活污水；吸附

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）15-3536-03

Phosphorus of the Urban Domestic Sewage Adsorbed by the Orange Peel

SHEN Wang-qing，LI Dao-hua

（College of Chemistry and Chemical Engineering，Neijiang Normal University，Neijiang 641112，Sichuan，China ）

Abstract： To study phosphorus of the urban domestic sewage adsorbed by the orange peel， L16（45） experiment was conducted. The results showed that when the orange peel was 2.0 g， reaction temperature was 50 ℃， pH of sewage was 3 and reaction time was 120 min， the maximum phosphorus of the urban domestic sewage adsorbed by the orange peel was 98.79%. The primary and secondary order that adsorptial rate was affected was the dose of the dosage peel， pH， reaction time and reaction temperature. The adsortion was a spontaneous and endothermic process.

Key words： orange peel； orthogonal experiment； urban domestic sewage； absorption

收稿日期：2014-01-10

基金項(xiàng)目：四川省教育廳重點(diǎn)科研項(xiàng)目（12ZA083）

作者簡(jiǎn)介：沈王慶（1974-），男，安徽望江人，副教授，主要從事化工工藝研究，（電話）13628136861（電子信箱）sqw7418@163.com；

通訊作者，李道華，教授，主要從事納米材料研究。

隨著人民生活水平的提高，我國(guó)城市生活污水量迅速增加，年排放量已達(dá)2.14×1011 m3，而2005年我國(guó)的城市生活污水處理率僅為6.7%[1]。絕大多數(shù)城市生活污水未經(jīng)處理而直接排入河流與湖泊，使水體中的氮磷污染嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003年至2006年，中國(guó)主要湖泊處于氮磷污染的占統(tǒng)計(jì)湖泊總數(shù)的56%。因此，控制含磷廢水的排放、生活污水深度除磷是目前水處理研究的重要內(nèi)容[2]。發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于污水除磷的研究和應(yīng)用已有20多年的歷史。歐洲污水除磷的總比例為13%，其中污水除磷比例較高的國(guó)家有丹麥、挪威、瑞典和瑞士，瑞士和瑞典的除磷比例高達(dá)90%[3]。目前生活污水除磷的主要方法有吸附法、生物法和化學(xué)沉淀法[4]。生物法用于生活污水深度脫磷，出水磷濃度一般在0.3～0.5 mg/L，雖然達(dá)到了生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)，但還是達(dá)不到景觀水體質(zhì)量的要求，很難實(shí)現(xiàn)生活污水作為景觀水資源化，排放到水體還是會(huì)引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化?；瘜W(xué)沉淀法深度除磷需要投加鐵、鋁鹽沉淀劑，出水磷濃度達(dá)到了較高的要求，但是因?yàn)槭褂昧私饘冫}，使得出水的色度大，并且鐵、鋁的磷酸鹽很難從水中沉淀，需要嚴(yán)格的過(guò)濾措施[5]。吸附法處理廢水是利用多孔型吸附劑處理廢水中的一種或幾種溶質(zhì)，不但使用有效，而且操作簡(jiǎn)單，工藝簡(jiǎn)單，投資小。

2010年我國(guó)人均水果年消費(fèi)量為65 kg。在水果消費(fèi)量中，柑橘占據(jù)約20%的份額。市場(chǎng)分析顯示，2010年我國(guó)柑橘人均消費(fèi)量為12.8 kg。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，柑橘等鮮果消費(fèi)需求還會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，據(jù)預(yù)測(cè)2020年我國(guó)柑橘需求量2 500萬(wàn)t。長(zhǎng)期以來(lái)柑橘皮都沒(méi)有得到合理的開(kāi)發(fā)和利用，急需開(kāi)發(fā)新的利用途徑。柑橘皮由外果皮、中果皮和內(nèi)果皮3層組成，根據(jù)品種的不同，中果皮所占份量的差異較大。就一般情況分析，外果皮約占果重的10%；中果皮約占果重的10%～30%，富含纖維素；內(nèi)果皮約占果重的10%，主要由纖維素、木質(zhì)素構(gòu)成[5，6]。纖維素和木質(zhì)素都具有吸附能力，因此柑橘皮的組成和性質(zhì)決定了其對(duì)城市生活污水具有較好的吸附作用。

采用L16（45）正交試驗(yàn)，以柑橘皮為吸附劑，采用吸附法研究柑橘皮的用量、污水pH、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度對(duì)城市生活污水中磷的吸附率的影響，并研究吸附熱力學(xué)問(wèn)題。目前以柑橘皮為吸附劑來(lái)處理城市生活污水中磷的相關(guān)研究鮮見(jiàn)報(bào)道。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

城市生活污水取自四川內(nèi)江市沱江生活污水排放口。原水水質(zhì)見(jiàn)表1。柑橘皮取自內(nèi)江市資中縣。

儀器：722N型可見(jiàn)紫外分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；AB135-3型電子天平（瑞士METTLER TOLEDO）；DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鞏義市英峪予華儀器廠）；SHB-B95型循環(huán)水式多用真空泵（鄭州長(zhǎng)城工貿(mào)有限公司）。

1.2 方法

用硝酸-高氯酸消解法對(duì)生活污水進(jìn)行消解，通過(guò)消解可以將水中的有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為正磷酸根的形式，用新鮮柑橘皮吸附污水中的磷，再將其與城市生活污水分離，然后用鉬銻抗分光光度法檢測(cè)磷含量[7-10]。試驗(yàn)利用L16（45）正交試驗(yàn)（表2）研究反應(yīng)條件對(duì)柑橘皮吸附城市生活污水中磷含量的影響，得出最主要的影響因素和最佳的反應(yīng)組合。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗(yàn)

采用正交試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的直觀分析法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果（表3）進(jìn)行了分析。各因素最佳處理水平為A4B4C4D1，即柑橘皮的用量為2.0 g、反應(yīng)溫度為50 ℃、反應(yīng)時(shí)間為120 min、pH為3，在此條件下柑橘皮吸附城市生活污水中磷的吸附率為98.79%，與表3中第16組相比，磷的吸附率要高。因此各因素最優(yōu)組合為A4B4C4D1，各因素的主次關(guān)系依次為柑橘皮的用量（A）、污水pH（D）、反應(yīng)時(shí)間（C）和反應(yīng)溫度（B）。

2.2 柑橘皮用量對(duì)磷吸附的影響

由表3可知，當(dāng)柑橘皮的用量從0.5 g增加到2.0 g時(shí)，柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附率不斷增大。這是由于反應(yīng)容器中污水的量是一定的，因此污水中總磷的量也是一定的，加入柑橘皮的量越多，被吸附的磷的量也越多，根據(jù)吸附率計(jì)算公式（1）可知吸附率也越大。

吸附率=×100% （1）

2.3 反應(yīng)溫度對(duì)磷吸附的影響

由表3可知，當(dāng)反應(yīng)溫度從20 ℃增加到50 ℃時(shí)，柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附率不斷增大。這表明柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附主要以化學(xué)吸附為主，且吸附反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度升高有利于吸附反應(yīng)的進(jìn)行。

2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)磷吸附的影響

由表3可知，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為30～90 min時(shí)，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)柑橘皮吸附磷的吸附率一直增大，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為90～120 min時(shí)，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附率基本不變。柑橘皮開(kāi)始與污水接觸時(shí)，其表面基本都是沒(méi)吸附磷的空白表面，因此，此時(shí)吸附速率大于解吸速率，所以當(dāng)反應(yīng)時(shí)間由30 min到120 min時(shí)，柑橘皮吸附磷的吸附率一直增大，但當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過(guò)90 min后，解吸速度基本上等于吸附速度，因此，此時(shí)吸附率隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)基本無(wú)變化。

2.5 污水pH對(duì)磷吸附的影響

由表3可知，當(dāng)pH為3～9時(shí)，柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附率隨pH上升不斷減小，但pH為3～5時(shí)，柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附率減小幅度較小，因此酸性條件有利于柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附。

2.6 吸附熱力學(xué)函數(shù)

由熱力學(xué)基本公式：

ΔGm=ΔHm–TΔSm （2）

ΔGm=-RTlnK （3）

可得：

lnK=-ΔHm/RT+ΔSm/R （4）

其中K為吸附平衡常數(shù)；R為氣體常數(shù)；T為絕對(duì)溫度；ΔGm為吸附自由能變；ΔHm為吸附焓變；ΔSm為吸附熵變。當(dāng)溫度間隔比較小時(shí)，ΔHm和ΔSm近視當(dāng)常數(shù)處理，按式（4）以lnK對(duì)1/T作圖（圖1），由直線的斜率和截距得到ΔHm和ΔSm，從而得到各熱力學(xué)函數(shù)值。由圖1可知，柑橘皮對(duì)磷吸附過(guò)程ΔHm>0，ΔSm>0，說(shuō)明柑橘皮對(duì)磷吸附是的吸熱過(guò)程，且是熵增大的過(guò)程，這是由于溶液中磷通常與水結(jié)合生成水合離子或分子，當(dāng)吸附質(zhì)的水合離子或分子被吸附時(shí)，其結(jié)合水可能會(huì)解吸出來(lái)，這個(gè)過(guò)程會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的熵增加，即吸附過(guò)程ΔS>0；不同溫度下的熱力學(xué)函數(shù)如表4所示。由表4可知△G<0，即此吸附過(guò)程為自發(fā)過(guò)程。

3 小結(jié)

1）通過(guò)L16（45）的正交試驗(yàn)得到了柑橘皮吸附城市生活污水中磷的最佳處理水平為A4B4C4D1，即柑橘皮的用量為2.0 g、反應(yīng)溫度為50 ℃、反應(yīng)時(shí)間為120 min、pH為3。在此條件下柑橘皮吸附城市生活污水中磷的吸附率為98.79%，各因素的主次關(guān)系依次為柑橘皮的用量、污水溶液的pH、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度。

2）熱力學(xué)研究表明，柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附過(guò)程是自發(fā)且吸熱的過(guò)程。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄔揚(yáng)善.城市污水處理發(fā)展近況和問(wèn)題[J].給水排水，2005， 3（12）：40-43.

[2] 劉麗娜，劉志明，吳德意，等.粉煤灰吸附法去除城市景觀水體中磷的初步研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2006，29（2）：40-42.

[3] 唐云梯.實(shí)用環(huán)境保護(hù)數(shù)據(jù)大全[M].第五版.武漢：湖北人民出版社，2003.

[4] 沈王慶，黃 輝.活化煤系高嶺土吸附城市生活污水中磷的研究[J].煤炭轉(zhuǎn)化，2011，34（1）：78-81.

[5] 丁文明，黃 霞. 廢水吸附法除磷的研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2002，3（10）：23-27.

[6] 沈王慶，王 碧，覃 松.煤系高嶺土吸附城市生活污水中磷的影響[J].煤炭轉(zhuǎn)化，2009，32（1）：80-84.

[7] 丁春榮，石 慧.鉬銻抗分光光度法測(cè)定總磷問(wèn)題的討論[J].污染防治技術(shù)，2009，（8）：26-28.

[8] 陳 玲，趙建夫，仇雁翎，等.環(huán)境檢測(cè)[M].第三版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[9] 徐豐果，羅建中.廢水化學(xué)除磷的現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].工業(yè)水處理，2003，23（5）：18-20.

[10] 沈王慶，李道華.堿性活化煤系高嶺土吸附生活污水中磷的研究[J].無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2010，42（12）：46-48.

1.2 方法

用硝酸-高氯酸消解法對(duì)生活污水進(jìn)行消解，通過(guò)消解可以將水中的有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為正磷酸根的形式，用新鮮柑橘皮吸附污水中的磷，再將其與城市生活污水分離，然后用鉬銻抗分光光度法檢測(cè)磷含量[7-10]。試驗(yàn)利用L16（45）正交試驗(yàn)（表2）研究反應(yīng)條件對(duì)柑橘皮吸附城市生活污水中磷含量的影響，得出最主要的影響因素和最佳的反應(yīng)組合。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗(yàn)

采用正交試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的直觀分析法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果（表3）進(jìn)行了分析。各因素最佳處理水平為A4B4C4D1，即柑橘皮的用量為2.0 g、反應(yīng)溫度為50 ℃、反應(yīng)時(shí)間為120 min、pH為3，在此條件下柑橘皮吸附城市生活污水中磷的吸附率為98.79%，與表3中第16組相比，磷的吸附率要高。因此各因素最優(yōu)組合為A4B4C4D1，各因素的主次關(guān)系依次為柑橘皮的用量（A）、污水pH（D）、反應(yīng)時(shí)間（C）和反應(yīng)溫度（B）。

2.2 柑橘皮用量對(duì)磷吸附的影響

由表3可知，當(dāng)柑橘皮的用量從0.5 g增加到2.0 g時(shí)，柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附率不斷增大。這是由于反應(yīng)容器中污水的量是一定的，因此污水中總磷的量也是一定的，加入柑橘皮的量越多，被吸附的磷的量也越多，根據(jù)吸附率計(jì)算公式（1）可知吸附率也越大。

吸附率=×100% （1）

2.3 反應(yīng)溫度對(duì)磷吸附的影響

由表3可知，當(dāng)反應(yīng)溫度從20 ℃增加到50 ℃時(shí)，柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附率不斷增大。這表明柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附主要以化學(xué)吸附為主，且吸附反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度升高有利于吸附反應(yīng)的進(jìn)行。

2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)磷吸附的影響

由表3可知，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為30～90 min時(shí)，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)柑橘皮吸附磷的吸附率一直增大，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為90～120 min時(shí)，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附率基本不變。柑橘皮開(kāi)始與污水接觸時(shí)，其表面基本都是沒(méi)吸附磷的空白表面，因此，此時(shí)吸附速率大于解吸速率，所以當(dāng)反應(yīng)時(shí)間由30 min到120 min時(shí)，柑橘皮吸附磷的吸附率一直增大，但當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過(guò)90 min后，解吸速度基本上等于吸附速度，因此，此時(shí)吸附率隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)基本無(wú)變化。

2.5 污水pH對(duì)磷吸附的影響

由表3可知，當(dāng)pH為3～9時(shí)，柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附率隨pH上升不斷減小，但pH為3～5時(shí)，柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附率減小幅度較小，因此酸性條件有利于柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附。

2.6 吸附熱力學(xué)函數(shù)

由熱力學(xué)基本公式：

ΔGm=ΔHm–TΔSm （2）

ΔGm=-RTlnK （3）

可得：

lnK=-ΔHm/RT+ΔSm/R （4）

其中K為吸附平衡常數(shù)；R為氣體常數(shù)；T為絕對(duì)溫度；ΔGm為吸附自由能變；ΔHm為吸附焓變；ΔSm為吸附熵變。當(dāng)溫度間隔比較小時(shí)，ΔHm和ΔSm近視當(dāng)常數(shù)處理，按式（4）以lnK對(duì)1/T作圖（圖1），由直線的斜率和截距得到ΔHm和ΔSm，從而得到各熱力學(xué)函數(shù)值。由圖1可知，柑橘皮對(duì)磷吸附過(guò)程ΔHm>0，ΔSm>0，說(shuō)明柑橘皮對(duì)磷吸附是的吸熱過(guò)程，且是熵增大的過(guò)程，這是由于溶液中磷通常與水結(jié)合生成水合離子或分子，當(dāng)吸附質(zhì)的水合離子或分子被吸附時(shí)，其結(jié)合水可能會(huì)解吸出來(lái)，這個(gè)過(guò)程會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的熵增加，即吸附過(guò)程ΔS>0；不同溫度下的熱力學(xué)函數(shù)如表4所示。由表4可知△G<0，即此吸附過(guò)程為自發(fā)過(guò)程。

3 小結(jié)

1）通過(guò)L16（45）的正交試驗(yàn)得到了柑橘皮吸附城市生活污水中磷的最佳處理水平為A4B4C4D1，即柑橘皮的用量為2.0 g、反應(yīng)溫度為50 ℃、反應(yīng)時(shí)間為120 min、pH為3。在此條件下柑橘皮吸附城市生活污水中磷的吸附率為98.79%，各因素的主次關(guān)系依次為柑橘皮的用量、污水溶液的pH、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度。

2）熱力學(xué)研究表明，柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附過(guò)程是自發(fā)且吸熱的過(guò)程。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 劉麗娜，劉志明，吳德意，等.粉煤灰吸附法去除城市景觀水體中磷的初步研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2006，29（2）：40-42.

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[4] 沈王慶，黃 輝.活化煤系高嶺土吸附城市生活污水中磷的研究[J].煤炭轉(zhuǎn)化，2011，34（1）：78-81.

[5] 丁文明，黃 霞. 廢水吸附法除磷的研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2002，3（10）：23-27.

[6] 沈王慶，王 碧，覃 松.煤系高嶺土吸附城市生活污水中磷的影響[J].煤炭轉(zhuǎn)化，2009，32（1）：80-84.

[7] 丁春榮，石 慧.鉬銻抗分光光度法測(cè)定總磷問(wèn)題的討論[J].污染防治技術(shù)，2009，（8）：26-28.

[8] 陳 玲，趙建夫，仇雁翎，等.環(huán)境檢測(cè)[M].第三版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[9] 徐豐果，羅建中.廢水化學(xué)除磷的現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].工業(yè)水處理，2003，23（5）：18-20.

[10] 沈王慶，李道華.堿性活化煤系高嶺土吸附生活污水中磷的研究[J].無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2010，42（12）：46-48.

1.2 方法

用硝酸-高氯酸消解法對(duì)生活污水進(jìn)行消解，通過(guò)消解可以將水中的有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為正磷酸根的形式，用新鮮柑橘皮吸附污水中的磷，再將其與城市生活污水分離，然后用鉬銻抗分光光度法檢測(cè)磷含量[7-10]。試驗(yàn)利用L16（45）正交試驗(yàn)（表2）研究反應(yīng)條件對(duì)柑橘皮吸附城市生活污水中磷含量的影響，得出最主要的影響因素和最佳的反應(yīng)組合。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗(yàn)

采用正交試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的直觀分析法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果（表3）進(jìn)行了分析。各因素最佳處理水平為A4B4C4D1，即柑橘皮的用量為2.0 g、反應(yīng)溫度為50 ℃、反應(yīng)時(shí)間為120 min、pH為3，在此條件下柑橘皮吸附城市生活污水中磷的吸附率為98.79%，與表3中第16組相比，磷的吸附率要高。因此各因素最優(yōu)組合為A4B4C4D1，各因素的主次關(guān)系依次為柑橘皮的用量（A）、污水pH（D）、反應(yīng)時(shí)間（C）和反應(yīng)溫度（B）。

2.2 柑橘皮用量對(duì)磷吸附的影響

由表3可知，當(dāng)柑橘皮的用量從0.5 g增加到2.0 g時(shí)，柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附率不斷增大。這是由于反應(yīng)容器中污水的量是一定的，因此污水中總磷的量也是一定的，加入柑橘皮的量越多，被吸附的磷的量也越多，根據(jù)吸附率計(jì)算公式（1）可知吸附率也越大。

吸附率=×100% （1）

2.3 反應(yīng)溫度對(duì)磷吸附的影響

由表3可知，當(dāng)反應(yīng)溫度從20 ℃增加到50 ℃時(shí)，柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附率不斷增大。這表明柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附主要以化學(xué)吸附為主，且吸附反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度升高有利于吸附反應(yīng)的進(jìn)行。

2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)磷吸附的影響

由表3可知，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為30～90 min時(shí)，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)柑橘皮吸附磷的吸附率一直增大，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為90～120 min時(shí)，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附率基本不變。柑橘皮開(kāi)始與污水接觸時(shí)，其表面基本都是沒(méi)吸附磷的空白表面，因此，此時(shí)吸附速率大于解吸速率，所以當(dāng)反應(yīng)時(shí)間由30 min到120 min時(shí)，柑橘皮吸附磷的吸附率一直增大，但當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過(guò)90 min后，解吸速度基本上等于吸附速度，因此，此時(shí)吸附率隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)基本無(wú)變化。

2.5 污水pH對(duì)磷吸附的影響

由表3可知，當(dāng)pH為3～9時(shí)，柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附率隨pH上升不斷減小，但pH為3～5時(shí)，柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附率減小幅度較小，因此酸性條件有利于柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附。

2.6 吸附熱力學(xué)函數(shù)

由熱力學(xué)基本公式：

ΔGm=ΔHm–TΔSm （2）

ΔGm=-RTlnK （3）

可得：

lnK=-ΔHm/RT+ΔSm/R （4）

其中K為吸附平衡常數(shù)；R為氣體常數(shù)；T為絕對(duì)溫度；ΔGm為吸附自由能變；ΔHm為吸附焓變；ΔSm為吸附熵變。當(dāng)溫度間隔比較小時(shí)，ΔHm和ΔSm近視當(dāng)常數(shù)處理，按式（4）以lnK對(duì)1/T作圖（圖1），由直線的斜率和截距得到ΔHm和ΔSm，從而得到各熱力學(xué)函數(shù)值。由圖1可知，柑橘皮對(duì)磷吸附過(guò)程ΔHm>0，ΔSm>0，說(shuō)明柑橘皮對(duì)磷吸附是的吸熱過(guò)程，且是熵增大的過(guò)程，這是由于溶液中磷通常與水結(jié)合生成水合離子或分子，當(dāng)吸附質(zhì)的水合離子或分子被吸附時(shí)，其結(jié)合水可能會(huì)解吸出來(lái)，這個(gè)過(guò)程會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的熵增加，即吸附過(guò)程ΔS>0；不同溫度下的熱力學(xué)函數(shù)如表4所示。由表4可知△G<0，即此吸附過(guò)程為自發(fā)過(guò)程。

3 小結(jié)

1）通過(guò)L16（45）的正交試驗(yàn)得到了柑橘皮吸附城市生活污水中磷的最佳處理水平為A4B4C4D1，即柑橘皮的用量為2.0 g、反應(yīng)溫度為50 ℃、反應(yīng)時(shí)間為120 min、pH為3。在此條件下柑橘皮吸附城市生活污水中磷的吸附率為98.79%，各因素的主次關(guān)系依次為柑橘皮的用量、污水溶液的pH、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度。

2）熱力學(xué)研究表明，柑橘皮對(duì)污水中磷的吸附過(guò)程是自發(fā)且吸熱的過(guò)程。

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