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亚热带海湾表层沉积物对磷的吸附解析特征研究

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环境科学研究 2023年第2期36卷 363-372页

作者：黄慧倩胡浩鹏杨斌宁志铭 Solomon Felix Dan 李嘉玉沈奇健北部湾大学广西北部湾海洋环境变化与灾害研究重点实验室广西钦州535011 宁波大学海洋学院浙江宁波315800 中国水产科学研究院东海水产研究所上海200090 广西大学广西南海珊瑚礁研究重点实验室广西南宁530004

磷在沉积物-水界面的吸附解析过程对水体富营养化具有重要影响,目前亚热带海湾沉积物对磷的吸附解析特征并不清楚,其自身的粒度组成和理化性质对沉积物磷吸附解析影响尚不明晰.本研究以3个主要入海河口区采集的表层沉积物为基础,通过吸... 详细信息

磷在沉积物-水界面的吸附解析过程对水体富营养化具有重要影响,目前亚热带海湾沉积物对磷的吸附解析特征并不清楚,其自身的粒度组成和理化性质对沉积物磷吸附解析影响尚不明晰.本研究以3个主要入海河口区采集的表层沉积物为基础,通过吸附动力学和等温吸附试验,研究了不同粒径、pH和盐度等环境因子对磷吸附解析特征的影响规律.采用连续提取(SEDEX)法对沉积物吸附磷前后样品进行磷赋存形态分级,探讨沉积物对磷相应的吸附机制.结果表明:亚热带海湾入海河口区表层沉积物对磷的吸附动力学过程可用准二级动力学模型描述,等温吸附曲线符合Langmuir-交叉型模型.沉积物对磷的最大吸附量(Q_(m))范围为0.332~0.864 mg/g,沉积物磷的吸附/解吸平衡质量浓度(EPC_(0))在0.076~0.150 mg/L之间.粒径较小的沉积物具有较强的磷吸附能力,海水酸碱度和盐度有利于沉积物磷吸附,吸附后的沉积物中可交换态磷(Ex-P)和铁结合态磷(Fe-P)含量明显增加,沉积物对磷的吸附过程同时存在物理吸附和化学吸附,且以物理吸附为主.研究显示,亚热带海湾表层沉积物较高含量的黏土矿物和高分子量的有机质能够促进磷在沉积物上的吸附,海水酸碱度和盐度对该区域水体富营养化具有一定的缓冲效应,但沉积物物理吸附结合能力较弱,存在再次释放污染的风险,该区域内源磷污染应引起重视,这对于亚热带海湾水体富营养化污染防治具有重要意义.

关键词：沉积物磷吸附赋存形态富营养化亚热带海湾

秸秆还田对黑土中磷素吸附特性及释放风险研究

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中国环境科学 2024年

作者：温芳悦张羽陈尚才王玉军吉林农业大学资源与环境学院内蒙古牙克石市乡村振兴促进中心吉林省征地事务中心

本文通过分析秸秆离田免耕（MG）、秸秆覆盖还田（FG）、秸秆深翻还田（SF）对土壤理化性质及土壤磷素的吸附特性的影响，研究由于土壤理化性质的改变对于磷吸附特性的影响，并进一步分析磷素在土壤中的释放风险。研究结果表明，秸秆还... 详细信息

本文通过分析秸秆离田免耕（MG）、秸秆覆盖还田（FG）、秸秆深翻还田（SF）对土壤理化性质及土壤磷素的吸附特性的影响，研究由于土壤理化性质的改变对于磷吸附特性的影响，并进一步分析磷素在土壤中的释放风险。研究结果表明，秸秆还田后，土壤有机质、有效磷含量增大，土壤容重降低。与秸秆离田免耕相比，秸秆覆盖还田后的土壤磷的吸附量减少20.1%，秸秆深翻还田后的土壤磷的吸附量减少35.0%。三种不同耕作模式下黑土中DPS分别为MG:0.3%，FG:4.0%，SF:10.2%，PSI分别为MG:41.14、FG:40.04、SF:36.09（mg P/（100 g））/（μmol/L），ERI分别为MG: 0.7%，FG: 9.9%，SF:28.3%。综上所述，秸秆覆盖还田及秸秆深翻还田均可显著增加土壤有机质，降低土壤对磷的吸附能力，提高土壤磷的有效性，但同时也提高了土壤磷吸附饱和度，易引起磷素流失的风险。

关键词：黑土秸秆还田磷吸附释放风险

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磷石膏对黄壤磷吸附性能及吸附动力学分析

日用化学工业 2022年第6期52卷 606-612页

作者：宣超胡昌荣易芸刘飞曹建新潘红艳贵州大学化学与化工学院贵州贵阳550025 贵州省绿色化工与清洁能源技术重点实验室贵州贵阳550025 贵州省工业废弃物高效利用工程研究中心贵州贵阳550025

研究了磷石膏(PG)对黄壤磷吸附能力的影响,并探讨其影响机制。以贵州省黄壤为研究对象,探索不同掺量的PG在不同培养时间等条件下对黄壤磷吸附性质的影响,并通过吸附动力学实验和数据模型拟合分析了PG对黄壤磷吸附动力学行为的影响。结... 详细信息

研究了磷石膏(PG)对黄壤磷吸附能力的影响,并探讨其影响机制。以贵州省黄壤为研究对象,探索不同掺量的PG在不同培养时间等条件下对黄壤磷吸附性质的影响,并通过吸附动力学实验和数据模型拟合分析了PG对黄壤磷吸附动力学行为的影响。结果表明:PG掺量对黄壤磷吸附量影响显著(P磷吸附量随PG掺量增加呈先增加后降低趋势,掺量为0.5 g/100 g土时达最高值,与原土相比,磷吸附量提高2.80%,pH由3.77升至4.00,无定型氧化铁(Feo)含量上升2.33%;PG掺量分别为0.5 g/100 g土和1.0 g/100 g土的混合土样磷吸附动力学过程符合准一级方程,之后,随掺量增加混合土样磷吸附动力学过程符合准二级方程;磷石膏对黄壤磷吸附能力的影响在前7天最为显著,且磷石膏中Na2SO4、NaH2PO4和CaSO4对黄壤磷吸附能力起促进作用,NaF对黄壤磷吸附能力起抑制作用。

关键词：磷石膏黄壤磷吸附吸附动力学

Mn(OH)_(2)胶体对地下水中磷的吸附研究

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安全与环境工程 2023年第1期30卷 184-191页

作者：许佳薇张彩香黄书鑫吕幽范增辉中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点试验室湖北武汉430078

磷是植物生长必需的营养元素之一。在农业生产过程中需要不断补充磷肥,既造成了资源的浪费,又会导致地下水、周边河流和湖泊的磷污染。目前对于土壤及水环境中广泛分布的铁锰(氢)氧化物对磷的吸附能力和特征认识还存在不足。选取地下水... 详细信息

磷是植物生长必需的营养元素之一。在农业生产过程中需要不断补充磷肥,既造成了资源的浪费,又会导致地下水、周边河流和湖泊的磷污染。目前对于土壤及水环境中广泛分布的铁锰(氢)氧化物对磷的吸附能力和特征认识还存在不足。选取地下水中活跃的胶体Mn(OH)_(2),开展吸附动力学和等温吸附试验,考察地下水中pH值、离子强度对其吸附过程的影响,研究Mn(OH)_(2)固体及其胶体对磷的吸附机理。结果表明:(1)Mn(OH)_(2)固体及其胶体对磷的吸附过程均更符合准二级吸附动力学模型(相关系数R2为0.914和0.981),说明磷在Mn(OH)_(2)固体及其胶体上的吸附存在化学吸附,而Freundlich模型可更好地拟合Mn(OH)_(2)固体及其胶体对磷的等温吸附过程(相关系数R2为0.987和0.995),说明Mn(OH)_(2)固体及其胶体对磷的吸附为多层吸附;(2)由于Mn(OH)_(2)胶体具有更大的比表面积,能提供更多的吸附位点,故Mn(OH)_(2)胶体对磷的吸附能力显著高于Mn(OH)_(2)固体;(3)离子强度升高可促进Mn(OH)_(2)固体及其胶体对磷的吸附;(4)随着pH值的升高,Mn(OH)_(2)胶体表面的Zeta电位降低至负值,而由于其吸附过程中存在化学吸附,依然能吸附带负电的磷酸根离子,且在pH值为10时Mn(OH)_(2)胶体对磷的吸附量达到最大值,但当pH值大于10时,pH值升高抑制了Mn(OH)_(2)胶体对磷的吸附;Mn(OH)_(2)胶体吸附磷后,Mn(OH)_(2)胶体与磷酸盐反应形成的新产物大量附着于表面形成松散多孔的层状结构,使胶体粒径显著增大。该研究结果可为锰胶体对地下水中磷迁移转化的影响研究提供理论和数据支撑。

关键词：地下水 Mn(OH)2胶体磷吸附吸附动力学试验等温吸附试验

镧铁负载给水厂污泥复合材料在完全混合式反应器中的动态吸附除磷特征

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环境工程学报 2022年第5期16卷 1451-1458页

作者：刘文芬王毅力刘晨阳李小林仝瑶周妍卿北京林业大学环境科学与工程学院水体污染源控制技术北京市重点实验室北京100083 中国恩菲工程技术有限公司北京100083

采用共沉淀法制备出一种镧铁负载给水厂污泥复合材料(LaFe-DWTR),研究其在完全混合式反应器(CSTR)中对模拟废水和城市污水处理厂二沉池出水的除磷效果以及水力停留时间(HRT)、LaFe-DWTR投加量和水力学条件的影响。结果表明,当CSTR进水PO... 详细信息

采用共沉淀法制备出一种镧铁负载给水厂污泥复合材料(LaFe-DWTR),研究其在完全混合式反应器(CSTR)中对模拟废水和城市污水处理厂二沉池出水的除磷效果以及水力停留时间(HRT)、LaFe-DWTR投加量和水力学条件的影响。结果表明,当CSTR进水PO_(4)^(3-)-P质量浓度为50 mg·L^(−1),HRT为3 h,LaFe-DWTR投加量为2 g·L^(−1),反应区采用搅拌时,LaFe-DWTR对PO_(4)^(3-)-P的去除率稳定在99%以上,吸附量可达24.82 mg·g^(−1)。对于CSTR进水初始PO_(4)^(3-)-P质量浓度为2 mg·L^(−1)的城市污水处理厂二沉池出水,在3 h HRT,0.14 g·L^(−1)投加量时,CSTR出水的PO_(4)^(3-)-P质量浓度稳定在0.2 mg·L^(−1)左右,已达到《城市污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918–2002)一级A标准的要求。

关键词：镧铁负载给水厂污泥磷吸附动态完全混合式反应器

基于配位结构纳米粒子负载PU海绵制备及其磷吸附性能研究

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基于配位结构纳米粒子负载PU海绵制备及其磷吸附性能研究

作者：黄远亮西南科技大学

学位级别：硕士

自然界水体中的磷超标导致了富营养化,不仅会破坏生态系统,同时也会污染淡水资源。因此,自然水体中的磷治理问题成为了环境防护的重要挑战之一。磷吸附材料能够有效去除水体中的微量磷,已成为当前水体磷超标治理的重要手段之一。然而,... 详细信息

自然界水体中的磷超标导致了富营养化,不仅会破坏生态系统,同时也会污染淡水资源。因此,自然水体中的磷治理问题成为了环境防护的重要挑战之一。磷吸附材料能够有效去除水体中的微量磷,已成为当前水体磷超标治理的重要手段之一。然而,磷吸附材料仍然存在以下几个问题:1)吸附性能与成本难以兼顾。目前吸附性能最优的材料仍然是多孔碳体系,但制备成本较高。而常规的无机氧化物成本低廉,但吸附能力有限;2)吸附离子单一,难以解决实际水体中多种污染源治理;3)吸附剂多为粉体,无法回收利用,对环境造成潜在二次污染。吸附剂负载后稳定性差,在水体冲刷过程中可能脱落,导致吸附性能下降和环境污染。基于以上背景和问题,本论文提出了基于配位结构的纳米粒子负载聚氨酯泡沫体系,从多个层面解决磷吸附材料存在的共性问题:1)利用“先配位,后聚合”策略,构建半配位结构,可保留阴离子,从而赋予吸附材料阴离子和阳离子吸附能力;2)在传统铁氧纳米粒子中引入配位结构,提高阴离子游离能力和表面zeta电位,从而显著提升纳米粒子吸附性能;3)提出气相制备技术,解决聚氨酯海绵负载能力较低的痼疾,大幅度提升吸附材料整体吸附能力;4)利用表面涂层技术,真正解决了负载吸附剂稳定性问题,确保吸附材料多次回收和循环。论文第一部分工作主要研究具有半配位结构磷吸附剂制备,负载方法和吸附性能及机理。采用先配位后聚合策略制备了具有半配位结构的吡啶锌配合物(Zn VP)与对二乙烯基苯的共聚物(Poly(Zn VP-co-DVB)),将其接枝负载在三氯乙烯硅烷改性后的聚氨酯海绵上,并对其进行巯基功能化。目标产物(Poly(Zn VP-co-DVB)-SH@PU sponge,PZDS@PUS)的半配位结构中保留的Cl,赋予了其阴离子交换的能力。PZDS@PUS对Pb,Cu以及PO同时具有选择吸附性能,其饱和吸附能力分别达到了228.4、91.3和160.1 mg/g,饱和吸附时间分别为150、150和90 min左右。PO的吸附能力明显高于除生物炭基材料以外的磷酸盐吸附剂。此外,对Pb,Cu的吸附会发生明显颜色变化以及荧光淬灭效应。在其他竞争阴离子的存在下,PZDS@PUS的PO吸附能力仅仅下降了16%。同时,PZDS@PUS至少可以循环3次。吸附能力仍然可以达到～24%(Cu),～78%(Pb)以及～74%(PO)的初始吸附能力。并且PZDS@PUS易于回收,并在真实水样中表现出了良好的吸附性能。论文第二部分工作主要研究含配位结构的铁氧纳米粒子及其负载聚氨酯泡沫磷吸附剂制备,吸附性能及机理。采用三乙胺辅助的气液法制备了具有表面配位结构的FeO磷酸盐吸附剂(GL-FeO-TEA),并将其负载在聚氨酯海绵上(GL-FeO-TEA@PUS)。通过配位作用辅助的气液法将FeO负载在聚氨酯海绵上,并以三乙胺作为配体在FeO表面引入配位结构。配位作用诱导了自由阴离子的形成,从而抑制了水解,增加了表面正电荷。所得到的FeO纳米粒子的PO饱和吸附能力为229.8 mg/g。同时,比起超声法,聚氨酯海绵上的FeO纳米粒子的负载能力增加了6倍。所制备的复合海绵可以很容易地从处理过的水中回收,与传统的吸附剂粉末相比表现出更大的应用优势。GL-FeO-TEA@PUS的饱和吸附能力明显高于GL-FeO-NH@PUS,揭示了配位作用的积极效果。通过气液法制备的FeO纳米粒子与共沉淀法相比,尺寸大大降低。此外,GL-FeO-TEA@PUS表现出了高的磷酸根离子选择吸附性能。最后引入WPU涂层,在剧烈搅拌72 h后,PU海绵上的FeO纳米粒子的质量损失降低到了1%以下,吸附能力仅仅略有下降。GL-FeO-TEA@WPU@PUS至少可以循环3次。吸附能力仍然可以达到原始能力的～95%。GL-FeO-TEA@WPU@PUS使得真实水样中磷酸盐浓度从0.65 ppm下降至0.018 ppm,去除效率达到～97%,表现出较好的应用潜力。

关键词：配位结构聚氨酯海绵纳米粒子负载磷吸附

Zr-Zn-Al LDH/氧化石墨烯复合材料的制备及磷吸附-回收性能研究

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Zr-Zn-Al LDH/氧化石墨烯复合材料的制备及磷吸附-回收性能研究

作者：任建辉西南科技大学

学位级别：硕士

随着含磷产品在各行各业的广泛应用,水体富营养化问题受到持续关注,它不仅会引起水体爆发藻华,严重地威胁饮用水的安全;同时,也将导致磷资源的白白浪费。众所周知,磷及其衍生物已成为人类日常生活和生产的必需品,而磷矿资源是不可再生... 详细信息

随着含磷产品在各行各业的广泛应用,水体富营养化问题受到持续关注,它不仅会引起水体爆发藻华,严重地威胁饮用水的安全;同时,也将导致磷资源的白白浪费。众所周知,磷及其衍生物已成为人类日常生活和生产的必需品,而磷矿资源是不可再生的。因此,制备一种既能解决总磷超标导致的水体富营养化问题,又能实现磷的可持续回收利用的吸附材料,极具科学与社会经济价值。本文通过共沉淀的方法成功制得了一种新型的Zr-Zn-Al LDH/氧化石墨烯(Zr-Zn-Al LDH/GO)复合材料,并探讨了Zr-Zn-Al LDH/GO复合材料的自组装机理;此外,研究了Zr-Zn-Al LDH/GO复合材料的磷吸附及回收性能,深入讨论了其吸附与解吸机制。研究结果证明:当Zn、Al、Zr的摩尔浓度分别为0.6 M、0.16 M、0.04 M时,由此制得的Zr-Zn-Al LDH/GO复合材料(LDH/GO-4),在吸附动力学、吸附容量和磷去除率方面有着最佳的性能,通过XRD、SEM、XPS等表征手段证明,氧化石墨烯(GO)表面的羟基和羧基为LDH的组装提供了活性位点;同时,GO的掺入优化了LDH的结构并提升了吸附性能。LDH/GO-4复合材料的磷吸附实验证明:当吸附无机磷(IP)的投料量为0.25 g/L,p H=6时有最佳性能,草甘膦(OP)吸附在投料量1.25 g/L,p H=7时有最佳性能。LDH/GO-4对总磷的去除能达到99.95%以上,IP和OP的吸附都适用于准二级动力学模型,IP吸附适用于Langmuir模型,OP吸附适用于Freundlich模型,且LDH/GO-4对IP的最大吸附容量为37.681 mg-P/L,其性能远远超越商业锁磷剂产品Phoslock。在竞争吸附中,当其他竞争性阴离子[SO]、[NO]、[HCO]和Cl的浓度不高于5 ppm时,LDH/GO-4的IP吸附性能不受影响。LDH/GO-4的磷吸附-脱附实验证明,在0.05 M Na OH的作用下,复合材料能稳定进行5次IP吸附-脱附。通过表征手段研究5次吸附-脱附复合材料可以发现,脱附过程的进行由Ksp差异导致,脱附以后复合材料仍维持层状结构且含有大量提供吸附位点的Zn(OH),因此Zr-Zn-Al LDH/GO复合材料具有良好的工业应用前景。

关键词：层状双金属氢氧化物氧化石墨烯磷吸附磷回收

低成本海水改性生物炭颗粒的制备及其对水中磷的动态吸附性能

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环境工程学报 2023年第2期17卷 380-389页

作者：何敏贞张铭栋陈钦鹏杨菲娜李海博龙婉丹梁晋豪穆景利福州大学环境与安全工程学院福州350028 闽江学院地理与海洋学院福州海洋研究院福州350108 温州大学生命与环境科学学院温州325035

针对生物炭除磷领域中缺乏兼具经济性和实用性的Mg改性生物炭的问题,以海水为廉价Mg源,制备了海水改性生物炭颗粒(SBC-g),探究了其物理化学特性和吸附磷酸盐机理,考察了柱高、流量和初始质量浓度对SBC-g动态吸附磷酸盐的影响及对含磷养... 详细信息

针对生物炭除磷领域中缺乏兼具经济性和实用性的Mg改性生物炭的问题,以海水为廉价Mg源,制备了海水改性生物炭颗粒(SBC-g),探究了其物理化学特性和吸附磷酸盐机理,考察了柱高、流量和初始质量浓度对SBC-g动态吸附磷酸盐的影响及对含磷养殖尾水的处理效果,并对SBC-g进行了经济性分析。结果表明,改性后SBC-g表面负载的Mg(OH)_(2)纳米片可增加吸附的活性位点,增大了介孔的孔径和孔容,改变了表面电荷性质,从而提高了其对磷酸盐的吸附容量。在一定范围内,柱高的增加或流量和初始质量浓度的降低均可延长穿透时间。Thomas模型对穿透曲线拟合良好(R2>0.919),可以较为准确地反映动态吸附过程。SBC-g吸附柱对养殖尾水具有良好的除磷效果,在最佳条件下吸附柱的穿透时间为589 min,磷饱和吸附量为1051 mg·kg^(-1)。SBC-g的生产成本约为2.65元·kg^(-1),和其他除磷吸附剂相比具有较大的价格优势,兼具经济性和实用性。该研究结果可为Mg改性生物炭的制备及其在水体磷污染治理领域的实际应用提供参考。

关键词：生物炭海水镁改性磷吸附吸附柱

基于水滑石的全蛋液中磷吸附与解吸及动力学模型研究

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农业机械学报 2019年第4期50卷 346-355页

作者：迟玉杰何晶赵英马艳秋安瑞琪东北农业大学食品学院哈尔滨150030 东北农业大学农学院哈尔滨150030

全蛋液营养全面,含有人体所需的蛋白质、脂类、糖类和维生素等多种成分。基于肾病患者低磷饮食的需求,采用水滑石(Layered double hydroxide,LDH)吸附法减少全蛋液中磷的含量,开发一款低磷型液蛋制品,为肾病患者提供专用型饮食。实验研... 详细信息

全蛋液营养全面,含有人体所需的蛋白质、脂类、糖类和维生素等多种成分。基于肾病患者低磷饮食的需求,采用水滑石(Layered double hydroxide,LDH)吸附法减少全蛋液中磷的含量,开发一款低磷型液蛋制品,为肾病患者提供专用型饮食。实验研究了不同吸附温度下,吸附时间、磷初始质量浓度及LDH添加量对LDH磷吸附量及蛋白质溶解度的影响,并对其动力学模型进行分析;同时探究了解吸液体积、解吸时间对LDH解吸特性的影响以及LDH重复利用情况。实验结果表明:在1～7 h内,吸附量与吸附时间成正比;各温度下(20～45℃)吸附量和溶解度均随磷初始质量浓度的增加而升高;当LDH添加量为10 g/L时,各温度下吸附效果均较好。在模型分析中,Langmuir等温式和准二级动力学模型拟合度较高,尤其吸附温度在25℃和30℃时拟合效果最佳。解吸实验中,最佳条件为解吸时间5 h,液料比1. 00 L/g,且循环利用前2次可维持较好吸附效果。脱磷后必需氨基酸占总氨基酸的质量分数大于40%,必需氨基酸与非必需氨基酸的质量百分比大于60%,对蛋白质营养性的影响较小。综上可知,LDH是一种适于去除全蛋液中磷的吸附材料,可用于专用型液蛋制品的开发。

关键词：全蛋液水滑石磷吸附模型分析