聚乙烯醇包埋负载氧化锆的活性炭除磷实验分析 氧化锆除磷
时间：2019-04-17 03:36:31 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：采用聚乙烯醇和海藻酸钠的混合溶液对负载氧化锆的活性炭进行包埋固化，并研究了温度、pH对包埋后氧化锆除磷效果的影响。结果表明：8%的聚乙烯醇和1%的海藻酸钠混合后包埋固化氧化锆除磷效果较好，且其机械强度强，通透性好。温度为25℃、pH=5时包埋负载氧化锆的活性炭小球的除磷效果较好。
关键词：活性炭负载氧化锆 聚乙烯醇 包埋
Abstract: I embeded activated carbon loaded with zirconium oxide with polyvinyl alcohol and sodium alginate ,at the same time, the influence of temperature and pH on its phosphorus removal effect was investigated. The results show that 8% polyvinyl alcohol and 1% sodium alginate embedding zirconium oxide have higher phosphorus adsorption rate, and it mechanical strength is strong, permeability is good. At 25℃, pH of 5,the phosphorus adsorption rate is best.
Key words: activated carbon loaded with zirconium oxide , polyvinyl alcohol, immobilization中图分类号：G424.31文献标识码：A文章编号：
氮、磷是引发水体富营养化的主要元素。随着社会经济的发展，城市人民的生活水平显著增高，更加注重精神享受，人们为了美化和改善城市居住环境，在城市内修建了大量的人工湖。但是由于人工湖汇水面积小，汇水量小，交换水量调节能力小，而且人们缺乏对人工湖的定期检测，造成人工湖营养失调，氮、磷引发水体富营养化现象越来越严重。笔者希望通过模拟废水磷去除的研究，对以后水体的除磷能够提供些许建议；通过控制、破坏水体中COD、氮、磷的比例，来控制水体的富营养化，保持水体的洁净，提高城市水环境质量，改善城市生态环境和人居环境。
国内外大量研究结果表明，四价金属锆的水合氧化物对水中的磷具有较好的吸附效
果[1、2]。朱格仙、张建民[3]等对负载氧化锆除磷的制备条件做了研究。国外近年也有人将氧化锆负载在纤维材料中以提高水中微量磷的去除[4]，可见采用氧化锆除磷具有一定发展前景。但是在实际应用中发现当负载氧化锆的活性炭吸附一段时间后，氧化锆会从载体活性炭上脱落，降低磷去除效果，而且浪费材料。现笔者将参考前人研究成果，采用包埋法，即在原物质表面包裹一层有空隙、能使氧化锆与水中的含磷化合物自由接触但不产生泄露的方法，用聚乙烯醇和海藻酸钠对负载氧化锆的活性炭进行包埋固化。对其包埋前后除磷效果做比较，并研究温度、pH对其处理效果的影响。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
实验试剂包括：氧氯化锆、八水、无水氯化钙 、海藻酸钠、氨水、磷酸二氢钾、酒石酸锑钾、钼酸铵、盐酸等均为分析纯、硼酸（化学纯）、活性炭颗粒、聚乙烯醇（1750±50）。
实验仪器包括：可见分光光度计（N722），万用电炉（一联），六连同步电动搅拌器（JJ—4），水浴恒温摇床（SHY-100），新飞冰箱（BCD—185K），医用一次性注射器(20ml、10ml、1ml)， 快、慢速定量滤纸(9.0cm、11cm、12.5cm) ，0.45µm针孔滤膜等等。
1.2 模拟废水的制备
磷酸盐储备液：将优级纯磷酸二氢钾（KHPO）于110℃干燥2 h，在干燥器中放冷，称取0.2197 g溶于水，移入1000mL容量瓶中，加（1+1）硫酸5mL,用水稀释至标线，此溶液每升含磷50.0 mg（以P计）。
1.3 固定化细胞的制备
将一定配比的聚乙烯醇和海藻酸钠混合加热溶解约15 min ,随即加入负载氧化锆的活性炭搅拌均匀,冷却后用注射器均匀连续地将悬浮液滴到含2% CaCl的饱和硼酸溶液中固化，利用注射器将混合液滴入硼酸溶液时需用搅拌器不停地、均匀地搅拌以防颗粒间交联，滴液结束可停止搅拌。固化20 h后滤出小球,用去离子水冲洗3次后备用。
1.4 溶液测定与计算
实验测定步骤[5]：①分别取经滤膜过滤水样，加入50mL比色管中，用水稀释至标线。②显色：向比色管中加入1mL10%的抗坏血酸溶液，混合30s加入2mL钼酸铵溶液充分混合，放置15min。③测量：用10mL比色皿于700nm波长处，以零溶液为参比测量吸光度。④计算：磷酸盐（P，m/L)=m/v。
实验计算：除磷率 P=（C-C)／ C吸附量 Q=(C-C)×V／m
式中 Q—— 吸附量，mg／g C——溶液的初始浓度，mg／L
C——吸附后溶液的浓度，mg／L V——溶液的体积，L
m—— 吸附剂的质量，g
结果与讨论
2.1 聚乙烯醇和海藻酸钠的最佳配比
聚乙烯醇具有机械强度高、化学稳定性好、价格低廉等优点，但它是一种高粘度的物质，与硼酸反应较慢，溶液滴下时容易黏在一起，即聚乙烯醇有强的附聚趋向。而海藻酸钠作为一种多糖类天然高分子化合物，成型方便，通透性好，但其机械强度弱。结合以上两种材料特点，我们将聚乙烯醇和海藻酸钠按一定比例混合对负载氧化锆的活性炭进行包埋固化。有研究表明当加入0.5%的海藻酸钠时[6]，就能有效地克服附聚现象。为了提高传质性能在本实验中加入1%的海藻酸钠。分别配制聚乙烯醇与海藻酸钠浓度比分为6:1、7:1、8:1、9:1、10:1载体溶液进行实验。
综合考虑，本实验中我们采取8%聚乙烯醇和1%海藻酸钠的混合液进行包埋固化。其包埋后的小球直径约为4mm。如下图：
2.2 负载氧化锆的活性炭和聚乙烯醇包埋对比实验
分别称取0.2g活性炭颗粒,0.2g负载氧化锆的活性炭和包埋了0.2g负载氧化锆的活性炭聚乙烯醇小球。放入浓度为50mg/L的50mL磷溶液中，在25℃、150r/min恒温振荡器中振荡。用0.45µm滤膜过滤溶液后，用钼锑抗分光光度法测磷溶液的含量，计算其吸附量。
图1不同情况下除磷效率
结论：活性炭吸附除磷的效果最差，负载氧化锆后磷的去除率明显上升，但是当把负载氧化锆的活性炭用聚乙烯醇和海藻酸钠包埋后磷的去除效果更好。说明氧化锆具有良好的除磷效果，且在吸附过程中确实有氧化锆从活性炭上脱落、泄漏，包埋固化负载氧化锆的活性炭后能够提高氧化锆的利用。
2.3 温度对处理效果的影响
将聚乙烯醇、海藻酸钠包埋好的活性炭小球置入100mL质量浓度为50mg/L的废水中,每组活性炭的含量为0.2g，调节pH=5，调节恒温振荡器的温度分别为20℃、25℃、35℃、45℃。分别振荡半小时，用0.45µm滤膜过滤溶液后，用钼锑抗分光光度法测定滤液中磷的含量。
