復(fù)合陶粒對水中氨氮和磷的吸附研究

蔣 楠，李 彬，趙明星，戚艷俠

（湖州師范學(xué)院化學(xué)系，浙江湖州 313000）

水產(chǎn)品需求的逐漸增加帶來各種方式水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模的擴(kuò)大，促進(jìn)了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展。由于投喂頻率增加、高頻率換水、消毒劑和藥物的使用以及不適當(dāng)?shù)墓芾矸椒ǖ?，使養(yǎng)殖水體的污染程度不斷加劇，也給周邊的水環(huán)境帶來了潛在的威脅[1]。同時，不斷富集的氨氮和磷使藻類和浮游生物的增多，加快了水中現(xiàn)有溶解氧的下降，引起水中魚蝦等生物的大量死亡，水體質(zhì)量變差，水中生態(tài)平衡被打破，導(dǎo)致病害滋生和養(yǎng)殖效益下降，阻礙了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展和影響食品安全[2]。因此，對水中氨氮和磷的處理已經(jīng)顯得越來越重要，也引起養(yǎng)殖業(yè)和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的高度重視。目前，水體中氨氮和磷的去除方法有很多[3]，如吹脫法[4]、沸石脫氮法[5]、膜分離技術(shù)[6]、MAP沉淀法[7]和化學(xué)氧化法[8]，靜電吸附法[9]、化學(xué)沉淀法[10]、結(jié)晶法[11]和吸附法[12]等。近年來，吸附法的操作簡單、成本低廉、高效低耗和吸附容量大且環(huán)境友好等特點(diǎn)，使其在處理水中氨氮和磷具有較大潛力[13]。因此，進(jìn)一步研究吸附能力強(qiáng)、成本低和二次污染小的吸附劑是更好地解決氨氮和磷處理的一個重要途徑。

利用礦物和農(nóng)業(yè)廢棄物等作為吸附劑處理廢水取得了一定進(jìn)展，如新型鑭改性膨潤土[14]，用于廢水除磷有較好效果；稻草和沸石的新型混合物對磷去除率可達(dá)到99%，是一種很有前途的低成本廢水處理吸附劑[15]；石榴皮作為低成本的氨氮吸附劑[16]在一定條件下可以到達(dá)97%的去除率。

通過不同吸附劑對鎳離子和鎘離子的吸附表明[17-18]，由磷礦粉為主成分的吸附劑對重金屬鎳和鎘都有較好的吸附效果，說明磷礦粉具有較強(qiáng)的選擇性吸附能力。本研究以磷礦粉為主原料，結(jié)合廢棄物的利用，采用膨潤土尾礦和竹粉為輔助原料，制備復(fù)合陶粒，研究低成本、高效率和可再利用的吸附劑，探究吸附劑對水中氨氮和磷的吸附性能及影響因素，并通過動力學(xué)分析吸附過程的變化。

1 材料與方法

1.1 試劑與材料

試劑：氯化銨（中國醫(yī)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司）、磷酸二氫鉀（湖州湖試化學(xué)試劑有限公司）、氫氧化鈉、碘化鉀（杭州蕭山化學(xué)試劑廠）、碘化汞（汕頭市光華化學(xué)廠）、酒石酸鉀鈉（上海美興化工股份有限公司）、抗壞血酸（廣東省化學(xué)試劑工程技術(shù)研究開發(fā)中心）、鉬酸銨（汕頭市西隴化工廠）、酒石酸銻鉀（上海試劑四廠）、硫酸和硝酸等均為分析純（浙江中星化工試劑有限公司）。所有溶液均用去離子水配制。

材料：磷礦粉購自濟(jì)南榮冠化工有限公司，膨潤土、膨潤土尾礦（濕法提純后用于砂漿稠化劑產(chǎn)生的尾礦）購自安吉中瑞膨潤土化工有限公司；竹粉由浙江森達(dá)竹木制品有限公司提供。

1.2 復(fù)合陶粒吸附劑的制備

制備6種復(fù)合陶粒的組分比例如下（重量比）。

陶粒A—磷礦粉∶膨潤土∶竹粉=6.5∶2.5∶1

陶粒B—磷礦粉∶膨潤土尾礦∶竹粉=6.5∶2.5∶1

陶粒C—攀枝花尾礦∶膨潤土尾礦∶竹粉=4∶3∶3

陶粒D—攀枝花尾礦∶磷礦粉∶膨潤土尾礦∶竹粉=4∶3∶2∶1

陶粒E—膨潤土∶竹粉=4∶6

陶粒F—膨潤土尾∶竹粉=4∶6

將各組分原料過通過100目篩后，按比例將混合均勻，加入一定比例的粘合劑和去離子水?dāng)嚢杈鶆颍惢?2h，通過制丸機(jī)制作成4mm球坯，置通風(fēng)處自然干燥后，將球坯裝入坩堝中，表面鋪上一層石英砂，放置于馬弗爐高溫煅燒，以200℃·h-1的速率升溫至1000℃，保持1h，冷卻至室溫，制得復(fù)合陶粒。

1.3 樣品的表征

采用自動比表面積與孔隙度分析儀（BET，Nova 4200e，美國康塔）在77K條件下測定陶粒的比表面積；晶型的分析采用X射線衍射儀（XRD，XD-6，北京普析）在36kV，20mA，Cu靶Kα 0.15406nm條件下進(jìn)行，測試范圍為10°<2θ<80°；采用傅里葉紅外光譜儀（FT-IR Nicolet is20，美國賽默飛世爾）KBr壓片，掃描范圍為400～4000cm-1，分析陶粒表面官能團(tuán)；采用拉曼光譜（BWS415-532S，美國必達(dá)泰克）在激發(fā)波長532nm下，100～4000cm-1范圍內(nèi)掃描，分析陶粒的組成和結(jié)構(gòu)。

1.4 方法

1.4.1 吸附試驗

1.4.1.1 不同陶粒吸附能力試驗分別取A、B、C、D、E、F組分的陶粒2g放入含100mL、10mg·L-1銨標(biāo)準(zhǔn)溶液和2mg·L-1磷標(biāo)準(zhǔn)溶液錐形瓶中，調(diào)節(jié)pH=7，在25℃，以90r·min-1速度振蕩吸附6h，吸附液過濾，取25mL濾液，在722E型可見分光光度計上，根據(jù)HJ535-2009《納氏試劑分光光度法》[19]和GB11893-89《鉬酸銨分光光度法》[20]對濾液中的氨氮和磷濃度進(jìn)行分析，并按式(1)和式(2)計算吸附率η和吸附量q。式中：η為吸附率(%)；q為氨氮或磷的吸附量(mg·g-1)；C0為吸附前氨氮或磷的初始濃度(mg·g-1)；C為吸附時間t時氨氮或磷的濃度(mg·g-1)；m為陶粒添加量(g)；V為氨氮或磷溶液體積(L)。

1.4.1.2 吸附影響因素試驗pH值影響試驗：在25℃條件下，將100mL、10mg·L-1銨標(biāo)準(zhǔn)溶液和2mg·L-1磷標(biāo)準(zhǔn)溶液分別調(diào)節(jié)pH值為1～11，分別加入2g陶粒B吸附6h，吸附液過濾，測定氨氮和磷濃度，后續(xù)步驟同上，研究pH值對水中氨氮和磷吸附效果的影響。

投加量影響試驗：將100mL、10mg·L-1銨標(biāo)準(zhǔn)溶液和2mg·L-1磷標(biāo)準(zhǔn)溶液調(diào)節(jié)pH值為7，分別加入1～5g陶粒B進(jìn)行吸附，氨氮吸附4h，磷吸附2h，吸附液過濾，測定氨氮和磷濃度，后續(xù)步驟同上，研究陶粒投加量對水中氨氮和磷吸附效果的影響。

氨氮共存離子吸附試驗：將水體中常見的陽離子Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Fe3+和PO43-陰離子作為共存離子，研究其對氨氮吸附的影響。溶液中的氨氮的初始濃度和每種共存離子的濃度均是20mg·L-1。將20mg·L-1NH4+-N溶液與20mg·L-1共存離子溶液等體積混合，溶液的體積是100mL，初始pH值為7，投加量為3g。

磷共存離子吸附試驗：將SO42-、NO3-、NO2-、Cl-、NH4+-N作為共存離子，PO43--P初始濃度和共存離子初始濃度均是2mg·L-1，溶液的體積是100mL，初始pH值為7，投加量為1g。

1.4.1.3 吸附動力學(xué)試驗在25℃條件下，將3g陶粒B分別加至100mL濃度為10mg·L-1銨標(biāo)準(zhǔn)溶液中，初始pH值為7，振蕩吸附1～14h，吸附液過濾，取25mL濾液，測定氨氮濃度，用準(zhǔn)一級動力學(xué)和準(zhǔn)二級動力學(xué)模型擬合。

在25℃條件下，將1g陶粒B分別加至100mL濃度為2mg·L-1磷標(biāo)準(zhǔn)溶液中，初始pH值為7，振蕩吸附10～180min，吸附液過濾，取25mL濾液，測定磷濃度，用準(zhǔn)一級動力學(xué)和準(zhǔn)二級動力學(xué)模型擬合。

準(zhǔn)一級動力學(xué)模型數(shù)學(xué)式為：

準(zhǔn)二級動力學(xué)模型數(shù)學(xué)式為：

式中：qt為各個時間的吸附量(mg·g-1)；qe為平衡吸附量(mg·g-1)；k1為準(zhǔn)一級動力學(xué)常數(shù)(min-1)和k2準(zhǔn)二級動力學(xué)常數(shù)[g·(mg·min)-1]；t為吸附時間(min)。

1.4.1.4 吸附等溫線在25℃條件下，將3g陶粒B分別加至100mL濃度為5，10，15，20，30，40和50mg·L-1銨標(biāo)準(zhǔn)溶液中，初始pH值為7，振蕩吸附后測定氨氮濃度，用Langmuir和Freundlich等溫吸附模型擬合。

在25℃條件下，將1g陶粒B分別加至100mL濃度為1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5和4mg·L-1磷標(biāo)準(zhǔn)溶液中，初始pH值為7，振蕩吸附后測定磷吸附率，用Langmuir和Freundlich等溫吸附模型擬合。

式中：Ce為吸附平衡時的氨氮或磷的濃度(mg·L-1)；Qe為平衡吸附量(mg·g-1)；K為平衡吸附系數(shù)；n為經(jīng)驗常數(shù)。

式中:ce為吸附平衡時的濃度(mg·L-1)；qe為氨氮或磷的平衡吸附量(mg·g-1)；qm為氨氮或磷的單層飽和吸附量(mg·g-1)；b為平衡吸附系數(shù)。

1.4.2 解吸附與再利用試驗

1.4.2.1 解吸附劑濃度對氨氮和磷二次吸附的影響在25℃條件下，選取氨氮解吸附劑KCl，分別配制50mL 0.2，0.4，0.6，0.8和1.0mol·L-1的KCl解吸附液，加入3g已吸附氨氮至飽和的復(fù)合陶粒B，以90r·min-1速度振蕩，解吸附時間4h，取濾液測定解吸附率。選取磷解吸附劑KCl，分別配制50mL 0.01，0.02，0.03，0.04和0.05mol·L-1的KCl解吸附液，加入1g已吸附磷至飽和的復(fù)合陶粒B，以90r·min-1速度振蕩，解吸附時間4h，取濾液測定解吸附率。將已經(jīng)完成解吸附的陶粒B取出，干燥后置于錐形瓶中，重復(fù)吸附操作，分別對氨氮和磷進(jìn)行二次吸附，探究陶粒的解吸附及再生性能。

1.4.2.2 解吸附時間對氨氮和磷二次吸附的影響在25℃條件下，將3g已吸附氨氮至飽和的復(fù)合陶粒B取出，干燥并加入到碘量瓶中，加入50mL 1.0mol·L-1的KCl，以90r·min-1速度振蕩，進(jìn)行解吸附，時間1~12h，取濾液測定解吸附率。將1g已吸附磷至飽和的復(fù)合陶粒B取出，干燥并加入到碘量瓶中，加入50mL 0.02mol·L-1的KCl，以90r·min-1速度振蕩，進(jìn)行解吸附，時間1~12h，取濾液測定解吸附率。將已經(jīng)完成解吸附的陶粒B取出，干燥后置于錐形瓶中，重復(fù)吸附操作，對磷進(jìn)行二次吸附，探究陶粒的解吸附及再生性能。

所有試驗均做3次平行試驗，結(jié)果取平均值，如果3次結(jié)果的誤差大于10%，則需要再進(jìn)行平行試驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 吸附試驗結(jié)果

2.1.1 不同陶粒的吸附性能制備原料采用礦物和農(nóng)業(yè)廢棄物，這些原料有不同的特性，其中，膨潤土和膨潤土尾礦具有一定黏結(jié)性，攀枝花選鈦尾礦含有多種氧化物組分，竹粉具有造孔作用和炭化后具有一定補(bǔ)充吸附作用，磷礦粉具有吸附選擇性，其中除了磷礦粉和膨潤土為普通礦物外，其他組分均為廢棄物。磷礦粉為主成分的陶粒（A、B和D）對氨氮和磷的吸附率較高（圖1），說明磷礦粉為主原料的陶粒適宜在處理氨氮和磷時使用。由表1可知，含磷礦粉陶粒比表面積都不大，含竹粉多的陶粒E和陶粒F表面積大，并對六價鉻離子有較好吸附[21]，但對氨氮和磷的吸附弱，根據(jù)吸附效果，選擇陶粒B做進(jìn)一步吸附研究。

表1 不同組分陶粒表面性質(zhì)Table 1 Surface properties of ceramsite with different components

圖1 不同陶粒對氨氮和磷的吸附性能圖Figure 1 Adsorption properties of different ceramsite for ammonia nitrogen and phosphorus

2.1.2 pH值的影響pH值是影響表面電荷的一個重要因素，溶液中的H+和OH-對吸附劑的特性和化學(xué)特性有一定影響[22]，復(fù)合陶粒對氨氮和磷的較高吸附效果集中在pH=5~8之間，適合在水產(chǎn)養(yǎng)殖水中處理氨氮和磷（圖2）。在pH值較大區(qū)域時，氨氮和磷的吸附率均下降，主要原因是溶液中OH-含量增多，對于氨氮的吸附來說，OH-易于與NH4+結(jié)合生成NH3·H2O，阻礙NH4+在陶粒上的被吸附行為；對磷的吸附來說，pH>7時，磷主要以H2PO4-和HPO42-的形式存在，溶液中OH-增多與磷之間形成競爭吸附，不利于吸附的進(jìn)行，導(dǎo)致陶粒對磷的吸附量下降。

圖2 溶液初始pH值對氨氮和磷吸附效果的影響Figure 2 Effect of initial pH of solution on adsorption of ammonia nitrogen and phosphorus

2.1.3 陶粒添加量的影響隨著陶粒投加量的增加，陶粒對水中氨氮和磷的吸附率都有所提高，當(dāng)陶粒的投加量達(dá)到3g時，對氨氮的吸附率達(dá)52.7%，繼續(xù)增大陶粒B的投加量，氨氮的吸附率仍有增加，綜合考慮效能，選取3g作為吸附氨氮的最佳投加量。當(dāng)陶粒的投加量達(dá)到1g時，對磷的吸附率達(dá)93.2%，繼續(xù)增大陶粒的投加量，磷的去除率趨于平緩，因此選擇1g作為吸附磷的最佳投加量（圖3）。

圖3 陶粒投加量對氨氮和磷吸附效果的影響Figure 3 Effect of ceramsite B dosage on the adsorption of ammonia nitrogen and phosphorus

2.1.4 共存離子的影響當(dāng)溶液中不含有共存離子時，陶粒B對氨氮的吸附率為89.23%，磷酸鹽陰離子的存在基本對氨氮吸附無影響（圖4）；與金屬陽離子的共存時對氨氮吸附的影響順序是Fe3+>Mg2+>Ca2+>Na+>K+，其中K+和Na+對氨氮吸附的影響較小，Mg2+、Ca2+和Fe3+與氨氮共存時陶粒B對氨氮的吸附率分別為86.53%、84.43%、81.73%。導(dǎo)致這一結(jié)果的原因可能是金屬陽離子與銨根離子一同參與競爭吸附劑表面的吸附位點(diǎn)，且三價和二價金屬陽離子相對于單價金屬陽離子能占據(jù)更多的吸附位點(diǎn)，具有更強(qiáng)的競爭能力[23-25]。

圖4 共存離子對陶粒B吸附氨氮(a)和磷(b)的影響Figure 4 Effect of coexisting ions on adsorption of ammonia nitrogen(a)and phosphorus(b)by ceramsite B

當(dāng)溶液中不含有共存離子時，陶粒B對磷的吸附率為93.18%，當(dāng)SO42-、NO3-、NO2-、Cl-、NH4+-N存在時，陶粒B對磷的吸附率基本無影響，說明陶粒B對磷酸鹽的吸附過程具有很強(qiáng)的離子選擇性，幾乎不受其他離子的干擾。

2.1.5 吸附動力學(xué)陶粒對初始濃度為10mg·L-1的氨氮溶液和初始濃度為2mg·L-1的磷溶液的吸附量隨時間變化的關(guān)系如圖5，吸附分別在12h和2h達(dá)到平衡。采用準(zhǔn)一級動力學(xué)方程和準(zhǔn)二級動力學(xué)方程對吸附結(jié)果進(jìn)行擬合。

圖5 陶粒吸附氨氮(a)和磷(b)的動力學(xué)Figure 5 Kinetic diagram of adsorption of ammonia nitrogen(a)and phosphorus(b)by ceramsite

擬合結(jié)果表明，陶粒吸附氨氮和磷的準(zhǔn)二級動力學(xué)方程相關(guān)系數(shù)分別為R2=0.971和R2=0.990，準(zhǔn)二級動力學(xué)模型可以更準(zhǔn)確地描述陶粒對水中氨氮和磷的吸附過程。準(zhǔn)二級動力學(xué)方程假定了化學(xué)吸附是吸附過程的限速步驟，可以初步判斷陶粒對氨氮和磷的吸附過程以化學(xué)作用為主[26]。其中，陶粒吸附磷的準(zhǔn)一級動力學(xué)方程R2=0.922，說明可能含有一定的物理吸附過程。

2.1.6 吸附等溫線陶粒對氨氮和磷在25℃的等溫吸附曲線分別采用Ferundlich（式5）和Langmuir（式6）進(jìn)行擬合。

陶粒對氨氮和磷的吸附量均隨著平衡濃度的增加而增加（圖6）。由擬合模型的R2可以看出，陶粒吸附氨氮的吸附數(shù)據(jù)和吸附磷的吸附數(shù)據(jù)均與Langmuir模型的相關(guān)系數(shù)更大一些，F(xiàn)reundlich模型所得到的1/n小于1（表2），表明吸附過程很容易實現(xiàn)[27]。Langmuir模型定義的無量綱分離因子RL值（式7）反應(yīng)吸附的難易程度，如果R在0～1.0之間，說明為有利吸附[28]。由表2可知，陶粒吸附磷的RL=0.00025，磷在陶粒上的吸附容易進(jìn)行。

表2 陶粒吸附氨氮、磷的等溫擬合參數(shù)Table 2 Isothermal fitting parameters of adsorption of ammonia nitrogen and phosphorus by ceramsite

圖6 陶粒吸附氨氮(a)和磷(b)的吸附等溫線Figure 6 Adsorption isotherm of ammonia nitrogen(a)and phosphorus(b)on ceramsite

式中：C0為溶液初始濃度(mg·L-1)。

2.2 解吸附與再利用試驗結(jié)果

2.2.1 解吸附劑濃度對二次吸附率的影響使用不同濃度的KCl解吸附劑時，陶粒B對氨氮的二次吸附率在吸附劑濃度為1.0mol·L-1時達(dá)到最高，隨后基本不變；陶粒B對氨氮的二次吸附率在吸附劑濃度為0.8mol·L-1時達(dá)到最高，隨后基本不變；陶粒B對磷的二次吸附率隨吸附劑濃度升高先上升，在濃度為0.02mol·L-1時達(dá)到最高，隨后降低（圖7）。說明陶粒B仍顯示出良好的再吸附性能，陶?？稍谝欢ǚ秶鷥?nèi)重復(fù)使用。

圖7 陶粒對氨氮(a)和磷(b)的二次吸附率隨解吸附劑濃度的變化曲線Figure 7 The variation curve of the secondary adsorption rate of ceramsite to ammonia nitrogen(a)and phosphorus(b)with the concentration of adsorbent

2.2.2 解吸附時間對二次去除率的影響陶粒B對氨氮和磷的二次吸附率均隨解吸附時間增大先升高，在6h時達(dá)到最高，隨后基本不變（圖8），氨氮的二次吸附率能達(dá)65%以上，磷的二次吸附率能達(dá)50%以上，故可選擇6h進(jìn)行解吸附。

圖8 陶粒對氨氮(a)和磷(b)的二次吸附率隨解吸附時間的變化曲線Figure 8 Variation curve of secondary adsorption rate of ceramsite to ammonia nitrogen(a)and phosphorus(b)with desorption time

2.3 陶粒的結(jié)構(gòu)表征及吸附機(jī)理

2.3.1 陶粒的表面積和表觀形貌圖9為陶粒B吸附前后的氮?dú)馕矫摳角€，等溫線中均存在一個回滯環(huán)，屬于典型的介孔材料等溫吸脫附曲線，說明介孔分布狀態(tài)、孔徑不均勻和孔結(jié)構(gòu)不完整。吸附前后表面積有一定變化（表3），吸附前比表面積為2.422m2·g-1，吸附氨氮后為6.047m2·g-1，吸附磷后11.607m2·g-1。

表3 陶粒對氨氮和磷吸附前后的物理性質(zhì)參數(shù)Table 3 Physical property parameters of ceramsite before and after adsorption of ammonia nitrogen and phosphorus

圖9 陶粒對氨氮和磷吸附前后吸附解吸附曲線Figure 9 Adsorption and desorption curve of ceramsite before and after adsorption of ammonia nitrogen and phosphorus

2.3.2 陶粒的晶相通過XRD分析對陶粒吸附氨氮和磷前后的晶體變化（圖10），由圖可知，吸附氨氮和磷后陶粒表面的晶體組分有新的變化。吸附前的陶粒主晶相為SiO2，CaCO3和Ca5(PO4)3F，吸附氨氮和磷后，從微弱的峰發(fā)現(xiàn)，可能有少量的NH4NO3和K2HPO4存在。

圖10 陶粒對氨氮和磷吸附前后的XRD圖Figure 10 X-ray diffraction pattern of ceramsite before and after adsorption of ammonia nitrogen and phosphorus

2.3.3 陶粒的紅外光譜和拉曼光譜圖譜陶粒吸附氨氮和磷前后的紅外譜圖如圖11所示，樣品在3676，3441和3437cm-1處對應(yīng)–OH伸縮振動峰，其中，3441cm-1附近峰可能是N-H鍵引起的，被-OH伸縮振動峰覆蓋[29]，在1090~1030cm-1處對應(yīng)P-O伸縮振動峰或H2PO42-特征峰[30]，777cm-1為Si-O-Si彎曲振動峰[31]，1400cm-1和1520cm-1附近的峰是P=O振動峰和CO32-鍵的伸縮振動峰[32]，吸附氨氮和磷后，陶粒的兩個峰在1400cm-1處變成一個峰，強(qiáng)度降低，峰形變寬，說明官能團(tuán)參與了吸附作用。

圖11 陶粒對氨氮和磷吸附前后的紅外光譜圖Figure 11 FTIR spectra of ceramsite before and after adsorption of ammonia nitrogen and phosphorus

陶粒吸附氨氮和磷前后拉曼光譜見圖12。由圖12可知，1593cm-1和1348cm-1處出P-O特征峰[33]，吸附后在1233cm-1附近出現(xiàn)N-H峰，1085cm-1處的P-O反對稱角振動峰[34]，與紅外光譜和XRD一起驗證了氨氮和磷已被吸附到陶粒表面。

圖12 陶粒對氨氮和磷吸附前后的拉曼光譜圖Figure 12 Raman spectra of ceramsite before and after adsorption of ammonia nitrogen and phosphorus

3 討論與結(jié)論

從動力學(xué)和結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，復(fù)合陶粒含有多種組分，對氨氮和磷的吸附是個復(fù)雜的過程，吸附是多個因素綜合作用的過程。礦物表面的負(fù)電荷、吸水過程和表面形態(tài)可能是選擇性吸附的一個原因[35]。XRD證據(jù)表明，吸附氨氮后表面有NH4+的晶體存在，說明含有少量物理吸附的吸附位點(diǎn)吸附作用。溶液中游離的OH-和官能團(tuán)在吸附中也起重要作用[36]，紅外光譜的峰形變化和拉曼光譜數(shù)據(jù)說明了這個變化。磷酸根與豐富的OH-，C=O和Si-O等官能團(tuán)作用，吸附體系帶正電荷，磷的存在形態(tài)為H2PO4-和HPO42-，同時，HPO42-及CaHPO4更易被吸附[37]。XRD出現(xiàn)了HPO42-晶體相，進(jìn)一步說明了吸附的形式。同時，根據(jù)配體交換釋放OH-和靜電吸附理論[38]，一部分以HPO42-形式在陶粒表面產(chǎn)生吸附；另一部分以其他形式被吸附，動力學(xué)結(jié)果也驗證了這一結(jié)果。因此，綜合分析后發(fā)現(xiàn)，氨氮和磷的吸附是通過吸附位點(diǎn)吸附,官能團(tuán)間吸附和靜電吸附等綜合作用使氨氮和磷富集在陶粒表面，其中，不同作用發(fā)生的程度不同。

(1)通過不同陶粒的吸附性能比較發(fā)現(xiàn)，磷礦粉基復(fù)合陶粒對氨氮和磷均具有選擇性吸附，吸附效果較好。

(2)當(dāng)模擬水pH值7、投加磷礦粉基復(fù)合陶粒3g時，在室溫下對初始濃度為10mg·L-1的氨氮溶液吸附12h，吸附率達(dá)89.23%；當(dāng)復(fù)合陶粒用量1g，在室溫下對初始濃度為2mg·L-1的磷溶液振蕩吸附2h，吸附率達(dá)93.18%。根據(jù)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB8978-1996[39]，氨氮一級排放標(biāo)準(zhǔn)≤15mg·L-1，磷酸鹽一級排放標(biāo)準(zhǔn)≤0.5mg·L-1，故本研究中的復(fù)合陶粒B吸附氨氮和磷后能夠滿足規(guī)定的出水濃度。

(3)準(zhǔn)二級動力學(xué)模型可以更準(zhǔn)確地描述陶粒對水中氨氮和磷的吸附過程，化學(xué)吸附為主控步，準(zhǔn)一級動力學(xué)方程在一定程度上可描述陶粒吸附磷的過程，說明可能含有一定的物理吸附過程。陶粒吸附氨氮和磷的吸附數(shù)據(jù)均與Langmuir模型有較好的符合性。

(4)BET、XRD、FTIR和Raman光譜表征結(jié)果表明，對氨氮和磷的吸附是個復(fù)雜的過程，是吸附位點(diǎn)吸附，官能團(tuán)間吸附和靜電吸附等綜合作用的結(jié)果。