赤泥颗粒吸附剂吸附水中磷酸根离子动态研究

班斓, 李贵金, 李龙江. 赤泥颗粒吸附剂吸附水中磷酸根离子动态研究[J]. 矿产保护与利用, 2019, 39(3): 8-14. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2019.03.002
引用本文: 班斓, 李贵金, 李龙江. 赤泥颗粒吸附剂吸附水中磷酸根离子动态研究[J]. 矿产保护与利用, 2019, 39(3): 8-14. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2019.03.002
BAN Lan, LI Guijin, LI Longjiang. Dynamic Study on Adsorption of Phosphate Ion in Water by Red Mud Particle Adsorbent[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2019, 39(3): 8-14. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2019.03.002
Citation: BAN Lan, LI Guijin, LI Longjiang. Dynamic Study on Adsorption of Phosphate Ion in Water by Red Mud Particle Adsorbent[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2019, 39(3): 8-14. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2019.03.002

赤泥颗粒吸附剂吸附水中磷酸根离子动态研究

  • 基金项目:
    大学生创新创业训练项目,贵州大学(国)创字2017(008)
详细信息
    作者简介: 班斓(1995-), 女, 硕士研究生, 研究方向为矿产资源综合利用与开发, E-mail:841471919@qq.com
    通讯作者: 李龙江(1979-), 男, 硕士, 副教授, 主要从事矿产资源综合利用研究, E-mail:750119957@qq.com
  • 中图分类号: X758

Dynamic Study on Adsorption of Phosphate Ion in Water by Red Mud Particle Adsorbent

More Information
  • 采用拜耳法赤泥为原料,针对传统烧结法耗能大、成本高的问题,采用非烧结的方法制备颗粒吸附剂,考察以及吸附剂投加量、初始磷酸根浓度、pH值和温度因素对吸附除磷的赤泥颗粒吸附剂对磷酸根的吸附性能影响,吸附实验结果显示对磷酸根的吸附量达到了67.68 mg/g,优于其他文献报道的吸附剂。基于试验结果,对赤泥颗粒吸附剂对磷酸根的吸附行为进行等温吸附、动力学的数学拟合,伪二级动力学和Langmuir-Freundlich吸附等温式能较好描述赤泥颗粒吸附剂对磷酸根的吸附行为,其相关系数R2均大于0.98,赤泥颗粒吸附剂对磷酸根的吸附过程既存在多层吸附,也存在单层吸附且符合化学吸附的特点。

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  • 图 1  赤泥颗粒吸附剂制备流程图

    Figure 1. 

    图 2  赤泥颗粒吸附剂X射线衍射(XRD)图谱

    Figure 2. 

    图 3  赤泥颗粒吸附剂傅立叶红外光谱(FTIR)图

    Figure 3. 

    图 4  赤泥颗粒吸附剂吸脱附曲线

    Figure 4. 

    图 5  赤泥颗粒吸附剂SEM图

    Figure 5. 

    图 6  初始磷酸根浓度对吸附量和去除率的影响

    Figure 6. 

    图 7  吸附剂添加量对吸附量和去除率的影响

    Figure 7. 

    图 8  温度对吸附量和去除率的影响

    Figure 8. 

    图 9  pH对吸附量和Zate电位的影响

    Figure 9. 

    表 1  赤泥颗粒吸附剂药剂配比

    Table 1.  Mixture ratio of red mud particle adsorbent

    序号/药剂 1号 2号 3号 4号 5号 6号
    水泥/g 30 15 15 22 20 22
    粉煤灰/g 15 15 30 30 30 20
    赤泥/g 210 225 225 230 225 230
    抑碱剂/g - - 9 9 9 9
    硫铝酸钙/g 18 18 18 6 6 6
    硅酸钠/g 6 6 6 6 6 6
    硫酸铝/g 3 3 3 6 6 6
    三乙醇胺/g 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18
    偶联剂/g 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
    水/g 101.09 116.42 95.93 126.11 115.16 110.41
    强度(7 d)/MPa 1.43 1.52 1.79 1.63 1.54 1.32
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    表 2  赤泥颗粒吸附剂X射线荧光光谱(XRF)单元素检测

    Table 2.  X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) single element detection of red mud granules

    Element Fe Ca Al Si Na Ti K Mg
    原始赤泥/% 28.83 21.15 15.74 13.46 9.05 6.25 1.78 1.34
    赤泥颗粒吸附剂/% 28.13 21.35 16.74 13.76 8.85 5.65 1.78 1.34
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    表 3  吸附剂比表面积(BET)分析

    Table 3.  Analysis of specific Surface area(BET) of adsorbents

    项目 比表面积/
    (m2·g-1)
    孔体积/
    (mL·g-1)
    平均孔径/nm
    赤泥颗粒吸附剂 54.78 0.34 224.00
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    表 4  赤泥吸附剂吸附脱除磷酸根试验结果

    Table 4.  Experimental results of adsorption of phosphate by red mud adsorbents

    序号 C0/
    (mg·L-1)
    m/
    (g·L-1)
    T/℃ pH te
    min
    qe/
    (mg·g-1)
    Ri/%
    1 50 1 50 5.0 1410 9.76 29.52
    2 50 2 50 5.0 1290 11.32 45.28
    3 50 3 50 5.0 1170 14.56 87.36
    4 50 4 50 5.0 1050 10.58 86.64
    5 100 2 30 5.0 1200 17.69 25.38
    6 100 2 40 5.0 1140 25.79 31.58
    7 100 2 50 5.0 1050 33.78 47.56
    8 100 2 60 5.0 990 27.96 55.92
    9 150 2 50 3.0 960 44.37 59.16
    10 150 2 50 5.0 1020 37.86 50.48
    11 150 2 50 7.0 1050 26.79 35.72
    12 150 2 50 9.0 1140 22.98 30.64
    13 200 2 50 3.0 930 67.68 67.68
    14 200 2 50 5.0 960 54.78 54.78
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    表 5  动力学模型拟合计算结果

    Table 5.  Dynamic model fitting calculation results

    数学模型 参数1 参数2 参数3 R2
    伪一级动力学 k1=0.0056 qe=44.37 0.9134
    伪二级动力学 k2=2.309×10-4 qe=67.68 - 0.9886
    颗粒内扩散模型 ki=9.3133 - - 0.9858
    液膜扩散模型 kl=0.00793 - - 0.95705
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    表 6  吸附等温式模型拟合结果(323K)

    Table 6.  Adsorption equidistant model fitting results(323K)

    数学模型 参数1 参数2 参数3 R2
    Langmuir吸附等温式 Qe=76.89 b=0.0256 - 0.9267
    Freundlich吸附等温式 Kf=96.35 n=2.7854 - 0.9435
    Langmuir-Freundlich吸附等温式 Klf=0.0031 qmax=83.23 n=1.439 0.9817
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    表 7  不同颗粒吸附剂的磷酸根吸附性能

    Table 7.  Phosphate adsorption properties of different particle adsorbents

    颗粒吸附剂 比表面积/ (m2·g-1) 磷酸盐吸附量/(mg·g-1) 文献来源
    颗粒状氧化铁/生物炭混合吸附剂 71.45 9.56 [19]
    修饰镧(Ⅲ)的陶瓷颗粒 26.83 17.45 [20]
    粉煤灰颗粒吸附剂 47.68 30.98 [21]
    赤泥颗粒吸附剂 54.78 67.68 本文
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出版历程
收稿日期:  2018-12-03
刊出日期:  2019-06-25

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