载铁竹炭对水中磷的吸附性能研究_罗舒君

由实验结果可知，反应在 10 min 内即达平衡， 反应速度快，达平衡后效率稳定，说明改性竹炭对 磷的吸附作用可能主要是化学反应 ，即 Fe3+与 PO43之间的 沉淀反应和 OH-与 PO43-之 间 的 离 子 交 换 反 应。 2.1.5 初始磷浓度对除磷效果的影响
分 别 将 载 铁 竹 炭 投 加 至 浓 度 为 1.5，2，3，4，5 mol/L 的含磷废水中进行除磷静态实验， 投配比为 1∶50，pH=7.0，反应时间 30 min，振荡频率 150 r/min， 实验结果如图 5 所示。
由图 1 可知，对于低浓度含磷废水，载铁竹炭 除磷的最佳 pH 范围为 5.0~7.0，在此范围内除磷率 可达 90%以上，pH=7.0 时除磷率最高为 96.5%。 pH 值影响了离子交换能力和吸附剂固体表面化学作 用,同时还影响了磷在水中的存在形式[5]。 当 pH 值 降低时带负电荷的磷酸根离子减少而不带电的 H3PO4 增 加 ，这 会 降 低 除 磷 效 率[6]；在 较 高 pH 值 的 情况下，吸附剂表面带有负电荷，而磷主要存在形
图 2 振荡频率对除磷性能的影响 Fig.2 Effect of shake frequency on phosphorus removal
performance of modified bamboo charcoal
式为带负电荷的 HPO42-、PO43-， 静电斥 力也会导致 除磷率降低[7]。 所以可以认为在中性条件下，有利于 载铁竹炭对磷的吸附。 2.1.2 振荡频率对除磷效果的影响
向 50 mL 初 始 含 磷 浓 度 为 1.5 mg/L 的 含 磷 溶 液 中 分 别 投 加 0.3，0.5，0.7，1.0，1.2，1.5 g 改 性 竹 炭 进行除磷实验，pH=7.0，反应时间 30 min，振荡频率 150 r/min，实验结果如图 3 所示。
由实验结果可知，当投配比小于 1∶50 时去除效 率与投配比成正比，而当投配比大于 1∶50 时，去 除 率变化不大，故可以确定最佳投配比为每 50 mL 废 水投加 1 g 载铁竹炭。 2.1.4 反应时间对除磷效果的影响
2 结果与讨论
2.1 载铁竹炭除磷的影响因素 2.1.1 pH 值对除磷效果的影响
投 配 比 为 1∶50， 即 将 1 g 载 铁 竹 炭 投 加 至 50 mL 含磷废水中， 在 pH=4~10 范围内对初始含磷浓 度为 1.5 mg/L 的低浓度含磷废水进行静态实验，振 荡频率 150 r/min，反 应时间 30 min，测 定 磷 的 去 除 率。 实验结果如图 1 所示。
adsorbed amount
第3期
罗舒君，等：载铁竹炭对水中磷的吸附性能研究
· 39 ·
表 1 磷在改性竹炭表面吸附动力学拟合系数 Table 1 Adsorption kinetic of phosphorus on the surface of
modified bamboo charcoal
氮磷营养盐是造成水体富营养化的主要原因， 而 磷 更 是 藻 类 生 长 的 限 制 因 子[1]，因 此 控 制 废 水 中 的磷对防治水体富营养化有重要意义。
竹炭是一种性质优良的水处理吸附剂，拥有较 大的比表面积和适当的孔径分布，能够有效吸附水 中的污染物质[2]。 同时竹炭也是一种优良的载体，可 用于吸附法除磷， 即通过吸附-解吸的过程达到除 磷和回收磷资源的目的，且不产生污泥，效果稳定[3]。
由实验结果可知，载铁竹炭在处理浓度 3 mol/L 以下的低浓度含磷废水时能保证较高的去除效率。 2.2 改性竹炭除磷的吸附动力学研究
本 实 验 采 用 Langergren 准 一 级 和 准 二 级 动 力 学模型对吸附数据进行拟合，对改性竹炭除磷机理 进行初步研究，结果如表 1 所示[8]。
从相关系数上来看改性竹炭对磷的吸附作用 更符合准二级反应速率方程，说明改性竹炭对磷的 吸附过程主要是化学吸附过程。
2015 年第 3 期 第 34 卷
CARBON TECHNIQUES 炭素技术
2015№3 Vol．34
载铁竹炭对水中磷的吸附性能研究
罗舒君 1， 周培国 2
（1.江苏联合职业技术学院 南京分院， 江苏 南京 210019； 2.南京林业大学， 江苏 南京 210037）
摘 要：研究了载铁竹炭对磷的吸附性能及其吸附理论模型。 研究结果表明，低浓度含磷废水的最佳吸附条件为 pH=5.0~7.0，
Luo Shu-jun1, Zhou Pei-guo2
(1.Jiangsu Union Technical Institute Nanjing Branch,Jiangsu Nanjing 210019,China; 2.Nanjing Forest University,Jiangsu Nanjing 210037,China)
初始含 一级反应方程：qt=qe(1-e-k1t) 二级反应方程：qt=k2q2et/（1+k2qet）
磷浓度/ qe /
k1/
R2
qemin-1
mg/g g·mg-1min-1
1 0.0550 0.1758 0.8701 0.0550 440.98 0.9978
2 0.0804 0.1796 0.9332 0.07932 228.42 0.9887
Abstract: The adsorption performance and the theoretical adsorption models of iron-bamboo charcoal for residual phosphate in waste water were studied. The results showed that the removal efficiency in low concentrations of phosphorus-containing waste water can reach 95% when the pH=5.0~7.0, the matching ratio was 1∶50，and the adsorption equilibrium was reached in 10 minutes. The process of phosphorus adsorption on iron-bamboo charcoal was found to follow the pseudo second-order kinetic model. The results indicated that the adsorption process was mainly chemical adsorption. The data obtained from experiments could be well described by Freundlich isotherm model, and the iron-bamboo charcoal was a suitable adsorbing material for phosphate removing in wastewater. Key words: Bamboo charcoal; phosphate removal; adsorption
本试验以竹炭为载体，将铁负载于其表面制备 载铁吸附剂，并研究了反应条件对吸附剂除磷性能 的影响，以及吸附剂对水中磷的吸附性能。
1 实验装置与方法
基金项目： 江苏省高校科研成果产业化推进工程项目 （JH10-73） 作者简介：罗舒君 女 29 岁，硕士，讲师，2010 年毕业于南 京林业大学环境工程专业。 收 稿 日 期 ：2014-10-28
5 0.1722 0.2238 0.8320 0.1722 41.594 0.9886
图 4 吸附时间对磷去除率的影响 Fig.4 Effect of adsorption time on phosphorus removal rate
将 载 铁 竹 炭 分 别 投 加 至 含 磷 浓 度 为 1.5 mg/L 的废水中，振荡速度为 150 r/min。 分别在1，3，5，15， 30 min 取样测定溶液含磷量，得到反应时间对除磷 效率的影响关系图，如图 4 所示。
图 1 pH 值对改性竹炭除磷性能的影响 Fig.1 Effect of pH value on phosphorus removal performance of
modified bamboo charcoal
图 3 投配比与吸附量的关系 Fig.3 Relationship between the matching proportion and the
文 章 编 号 ：1001-3741(2015)03-37-03
DOI: 10.14078/ki.1001-3741.2015.03.009
Study on adsorption performance of iron-bamboo charcoal for removing phosphate in waste water
表 2 磷在载铁竹炭表面吸附等温线拟合数据 Table 2 Adsorption isotherm of phosphorus on the surface of
1.1 载铁竹炭的制备 对炭化终点温度 700 ℃， 粒径为 2 mm 的颗粒
竹 炭 利 用 反 复 蒸 煮 法[4]进 行 改 性 ，即 将 经 过 预 处 理 （浸泡、烘干）的竹炭浸泡在浓度为 1.5 mol/L 的 FeCl3 溶液中振荡后蒸干， 置于马弗炉中 400 ℃煅烧， 之后再次浸泡蒸干， 烘干后清洗数遍制得载铁竹 炭。
· 38 ·
炭素技术
第 34 卷
比为 1∶50 ，反应时间 30 min，振荡频率 150 r/min。 1.2.3 磷吸附热力学研究
分别使用 2 mm 和 5 mm 载铁竹炭处理初始含 磷浓度为 1，2，3，5，7，10，15 mg/L 的废水，投配比为 1∶50，反应时间 30 min，振荡频率 150 r/min。 绘制载 铁竹炭磷吸附等温线，并分别采用 Langumir 吸附等 温线和 Freundlich 吸附等温线进行拟合。 1.2.4 载铁竹炭对磷吸附效果实验