一種沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料的制備方法與應用與流程
本發(fā)明涉及一種沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料的制備方法與應用，屬于水環(huán)境污染控制領域。
背景技術：
近30多年來，由于社會經(jīng)濟的發(fā)展和人類活動的影響，大量的外源污染物進入湖泊并富集于沉積物中，使我國多數(shù)湖泊底質遭受嚴重污染。調(diào)查結果表明，許多湖泊尤其是城市湖泊的底質污染驚人，如太湖、滇池、巢湖等許多水域沉積物中總磷含量高達3000-4000mg/kg。沉積物不僅是地表水體污染物的重要歸宿和蓄積庫，而且還是上覆水污染的重要內(nèi)源，這是因為沉積物與上覆水之間存在著沉降吸附和解吸釋放的動態(tài)平衡過程，水體中的磷濃度很大程度上取決于這種動態(tài)平衡的移動，也就是說，沉積物磷遷移及釋放取決于柱狀沉積物垂直或水平方向上相鄰兩層之間間隙水的濃度梯度。在同一垂直剖面，當上層沉積物間隙水磷濃度高于下層時，沉積物中磷酸鹽由高濃度區(qū)間向低濃度區(qū)間垂直擴散，形成了磷酸鹽由表層沉積物向底層沉積物遷移的趨勢。相反，當下層沉積物間隙水磷濃度高于上層時，磷酸鹽則由底層沉積物向表層沉積物遷移。通常情況下，沉積物間隙水磷酸鹽濃度高于上覆水磷酸鹽濃度，一般認為，水體中磷的濃度達到0.02mg/L時便可能導致水體富營養(yǎng)化。因此，有效削減沉積物間隙水磷酸鹽濃度，控制沉積物磷酸鹽向上覆水擴散是富營養(yǎng)化湖泊內(nèi)源釋放控制的重要內(nèi)容。
對富營養(yǎng)化水質的改善及修復多集中于減少外源負荷，而沉積物中磷的釋放即內(nèi)源磷釋放卻會延緩或抵消上述措施的實際效應，所以在外部污染源得到有效控制的前提下，沉積物內(nèi)源釋放的研究成為治理水體污染的關鍵。原位覆蓋技術是當前控制內(nèi)源釋放的有效措施之一，因其對內(nèi)源污染控制效果好且對水體生態(tài)環(huán)境影響較小而受到了廣泛關注。原位覆蓋技術的核心是覆蓋材料的選擇，目前使用較多的覆蓋材料有未污染的底泥、清潔河沙、礫石、鈣質膨潤土、灰渣、人工沸石、水泥，還有諸如方解石、粉煤灰、土工織物或一些復雜的人造地基材料等。例如，中國專利文獻CN102775030A公開了一種以凈水污泥作為覆蓋材料的方法，該方法通過將脫水后的凈水污泥干燥、碾碎、過篩，再于500-600℃的溫度下灼燒，得到再生的凈水污泥。該技術通過將再生的凈水污泥覆蓋在待修復水體的污染底泥上面，使得污染底泥與上覆水物理性隔開，一方面抑制了污染底泥內(nèi)源污染向水體的釋放，另一方面凈水污泥中含有的以金屬氧化物為主的無機顆粒物質還會對水體中的氮磷等污染物質產(chǎn)生吸收，加快了水體中的污染物質向底泥的遷移，在一定程度上能夠實現(xiàn)對重污染河道的水體修復。
但上述技術采用自來水廠的凈水污泥作為覆蓋材料，這一外源物的引入對水體而言存在一定的生態(tài)風險，并且由于水體中的磷酸鹽濃度遠小于凈水污泥中的磷酸鹽濃度，因而凈水污泥中的磷酸鹽必然還會向水體遷移，導致上述覆蓋材料向其上覆水釋放磷的通量大，因而該技術根本不可能有效去除水體中的磷，也即是，現(xiàn)有技術依然無法采用原位覆蓋技術真正實現(xiàn)對受污染水體的修復，這對于本領域技術人員而言是一個亟待解決的技術難題。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服現(xiàn)有技術以凈水污泥作為覆蓋材料所存在的材料本身生態(tài)風險高、磷釋放風險大等缺陷，進而提供一種取材廉價、安全性高、實用性強且對沉積物間隙水低濃度磷酸鹽具有較強去除效果的沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料的制備方法與應用。
為此，本發(fā)明實現(xiàn)上述目的技術方案為：
一種沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料的制備方法，包括：
(1)采集湖泊沉積物，經(jīng)冷凍干燥，研磨過篩，得沉積物粉體，對所述沉積物粉體依次進行焙燒和堿性水洗處理，而后烘干，得活化沉積物，備用；
(2)將所述活化沉積物與高嶺土混合均勻形成混合粉體，備用；
(3)采用鐵鹽溶液對所述混合粉體進行改性處理，而后烘干，備用；
(4)向步驟(3)改性后的混合粉體中加入造孔劑，混合均勻后再加水浸潤，擠壓成型，成型料經(jīng)焙燒后，即得所述沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料。
步驟(1)中的焙燒溫度為450-800℃，優(yōu)選為600℃。
步驟(1)中采用氫氧化鈉水溶液進行水洗處理，所述氫氧化鈉水溶液的濃度為0.05-0.3mol/L，優(yōu)選為0.1mol/L。
所述高嶺土的用量占所述混合粉體總質量的50-90wt％，優(yōu)選為50wt％。
所述鐵鹽溶液為0.20mol·L-1的FeSO4水溶液，所述FeSO4水溶液與所述混合粉體的質量比為100:1。
所述造孔劑的添加量為所述混合粉體總質量的0.2-1.5wt％，優(yōu)選為0.5wt％；所述造孔劑為玉米芯。
步驟(4)中水的添加量占所述混合粉體質量的5-30wt％，優(yōu)選為10wt％。
步驟(4)中的焙燒溫度為550-800℃，優(yōu)選為700℃。
所述沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料為具有3-5mm粒徑的顆粒。
由上述制備方法制得的沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料作為沉積物原位覆蓋材料的用途，所述沉積物間隙水中的磷酸鹽濃度為0.02-1.0mg/L。
本發(fā)明的上述技術方案具有以下優(yōu)點：
1、本發(fā)明所述的沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料的制備方法，考慮到湖泊沉積物具有雙重角色，它既是磷的“匯”又是磷的“源”，由于沉積物的源-匯轉換過程難以控制，尤其當水體中的磷酸鹽初始濃度較低時，沉積物會表現(xiàn)出對磷的“負吸附”現(xiàn)象，導致使用沉積物作為磷控釋材料存在著材料自身所攜帶的磷酸鹽會向上覆水溶出的風險，易于造成水體的二次污染，生態(tài)安全性較差，這也正是現(xiàn)有技術無法直接使用湖泊沉積物來制備磷控釋材料的原因所在，而為了克服上述缺陷，本發(fā)明首次以沉積物與高嶺土的混合物為基本原料，經(jīng)鐵鹽改性和成型焙燒后，形成一種如圖3所示的具有較低吸附-解吸平衡濃度(EPC0)和較高吸附容量(Qmax)的沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料。研究證明，EPC0值與沉積物-水界面溶解性磷酸鹽(SRP)含量的相對大小決定了磷酸鹽的遷移方向，EPC0值越小，表明由材料向上覆水釋放磷的通量也越小，而Qmax值則反映了材料對磷酸鹽的吸附容量，Qmax值越大，表明材料對磷酸鹽的吸附容量也越大，由此可見，本發(fā)明所述的沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料能夠真正實現(xiàn)對沉積物-水界面磷釋放的有效阻控，由此解決了現(xiàn)有技術中的覆蓋材料因一味追求磷吸附量而忽視材料自身磷釋放量大所導致的無法有效控制沉積物磷內(nèi)源污染的問題。
具體地講，本發(fā)明所述的制備方法通過采用高嶺土作為沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料的制備原料之一，一方面可利用高嶺土中高含量的氧化鋁對磷酸鹽的吸附量大、固定能力強的特性，大大降低了材料本身的吸附-解吸平衡濃度，提高了吸附容量，從而有利于實現(xiàn)對湖泊沉積物間隙水中低濃度磷酸鹽的去除，實現(xiàn)沉積物-水界面磷釋放的有效阻控；另一方面利用高嶺土自身的粘結性以確保磷釋放控制材料的成型；第三方面利用高嶺土取材廉價、安全性高、實用性強的特點，可降低磷釋放控制材料的生產(chǎn)成本和生態(tài)風險。并且，本發(fā)明的制備方法還單獨對沉積物進行了焙燒處理，這樣不僅能夠除去沉積物孔隙中的水分及吸附在沉積物上的碳酸鹽和有機質，增大了沉積物的孔隙度和比表面積，有利于提高沉積物對磷的吸附能力，而且還能活化沉積物中較難移動的磷，隨后沉積物通過發(fā)生一定程度的礦物轉化使得活化的磷再度被固定，有利于降低沉積物磷的內(nèi)源釋放量；由于焙燒可使沉積物的結構和組成發(fā)生變化，增強了吸附能力，但焙燒還會造成沉積物中磷酸鹽的移動能力增強，可移動磷中以鐵鋁氧化態(tài)磷為主，因此本發(fā)明的制備方法還采用堿性溶液對焙燒后的沉積物進行清洗，從而可有效降低材料中磷酸鹽的本底值，進一步提升材料對磷酸鹽的去除效果。
此外，本發(fā)明的制備方法在材料的成型過程中還添加了造孔劑，以利用造孔劑在焙燒條件下的揮發(fā)可使材料形成均勻細小孔狀結構的特性，有助于增大材料的比表面積，從而進一步提高本發(fā)明控磷材料對磷的吸附容量，如圖4a～4d所示，當溶液中初始磷酸鹽濃度較低時，材料4對磷酸鹽的吸附能力顯著高于材料1、2和3，這主要是因為在造孔之前材料的孔徑較少，當磷酸鹽濃度較低時，反應體系中磷酸鹽的擴散能力較弱，較難發(fā)揮材料的吸附效果，當添加玉米芯增加了材料的孔隙度后，低濃度的磷酸鹽易于滲透進入材料內(nèi)部，因而即使反應體系中初始磷酸鹽濃度較低，本發(fā)明的材料對磷酸鹽的去除率也依然較高。
2、本發(fā)明所述的沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料的制備方法，通過將混合粉體造粒成型為粒徑為3-5mm的顆粒，在將本發(fā)明的材料鋪設于受污染的沉積物表面之后，可有效降低底層水體的應切力及水體流動對沉積物的擾動，進而有利于降低沉積物再懸浮的磷釋放。
3、本發(fā)明所述的沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料的制備方法，最終制得的材料對磷酸鹽的吸附容量最高可達2550mg/Kg；通過將本發(fā)明所述的材料鋪設于受污染的沉積物表面，能夠實現(xiàn)對沉積物-水界面磷釋放的有效阻控，沉積物間隙水不同濃度磷酸鹽去除率高達92％-98％。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式中的技術方案，下面將對具體實施方式中的描述所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為材料1～4對磷酸鹽的吸附-解吸曲線圖；
圖2為材料1～4對磷酸鹽的吸附等溫線圖；
圖3為材料1～4對磷酸鹽的吸附-解吸平衡濃度(EPC0)和吸附容量(Qmax)圖；
圖4a～4d分別代表材料1～4對沉積物間隙水不同濃度磷酸鹽的去除效果圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。此外，下面所描述的本發(fā)明不同實施方式中所涉及的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互結合。
下述實施例中的沉積物原料采自滇池24°53′55.31"N和102°40′35.92"E，以滇池沉積物的質量計，所述滇池沉積物的燒失量為20.23wt％，所述滇池沉積物中含有30.07wt％的SiO2、23.93wt％的Al2O3、20.51wt％的Fe2O3、0.32wt％的CaO、0.93wt％的MgO、0.18wt％的Na2O、3.08wt％的K2O和0.75wt％的TiO2；
高嶺土購自鄭州西德利化工廠；
馬弗爐購自德國納博熱馬弗爐，型號：L5/11/P330+。
實施例1
本實施例所述的沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料由如下方法制備得到：
(1)采集湖泊沉積物為原料，經(jīng)冷凍干燥、研磨過篩后，得到粒度不小于100目的沉積物粉體，將所述沉積物粉體置于450℃的馬弗爐中焙燒2h，待冷卻至室溫后采用0.2mol/L的氫氧化鈉水溶液進行水洗處理，而后置于鼓風干燥箱內(nèi)蒸干，得活化沉積物，備用；
(2)取高嶺土，經(jīng)干燥、研磨過篩，得到粒度不小于100目高嶺土粉體，將所述活化沉積物和高嶺土粉體按比例充分混合形成混合粉體，所述高嶺土的用量占混合粉體總質量的75wt％，備用；
(3)利用0.2mol/L的FeSO4水溶液對所述混合粉體進行改性處理，所述FeSO4水溶液與所述混合粉體的質量比為100:1，而后置于鼓風干燥箱內(nèi)蒸干，取出冷卻至室溫備用；
(4)向步驟(3)改性后的混合粉體中加入玉米芯，玉米芯的添加量為所述混合粉體總質量的0.2wt％；混合均勻后再加水浸潤，水的添加量占所述混合粉體質量的20wt％，而后擠壓成顆粒狀，成型料于550℃焙燒2h，即制得粒徑為3-5mm的沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料。
實施例2
本實施例所述的沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料由如下方法制備得到：
(1)采集湖泊沉積物為原料，經(jīng)冷凍干燥、研磨過篩后，得到粒度不小于100目的沉積物粉體，將所述沉積物粉體置于550℃的馬弗爐中焙燒1h，待冷卻至室溫后采用0.05mol/L的氫氧化鈉水溶液進行水洗處理，而后置于鼓風干燥箱內(nèi)蒸干，得活化沉積物，備用；
(2)取高嶺土，經(jīng)干燥、研磨過篩，得到粒度不小于100目高嶺土粉體，將所述活化沉積物和高嶺土粉體按比例充分混合形成混合粉體，所述高嶺土的用量占混合粉體總質量的60wt％，備用；
(3)利用0.2mol/L的FeSO4水溶液對所述混合粉體進行改性處理，所述FeSO4水溶液與所述混合粉體的質量比為100:1，而后置于鼓風干燥箱內(nèi)蒸干，取出冷卻至室溫備用；
(4)向步驟(3)改性后的混合粉體中加入玉米芯，玉米芯的添加量為所述混合粉體總質量的0.8wt％；混合均勻后再加水浸潤，水的添加量占所述混合粉體質量的30wt％，而后擠壓成顆粒狀，成型料于800℃焙燒2h，即制得粒徑為3-4mm的沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料。
實施例3
本實施例所述的沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料由如下方法制備得到：
(1)采集湖泊沉積物為原料，經(jīng)冷凍干燥、研磨過篩后，得到粒度不小于100目的沉積物粉體，將所述沉積物粉體置于600℃的馬弗爐中焙燒2h，待冷卻至室溫后采用0.1mol/L的氫氧化鈉水溶液進行水洗處理，而后置于鼓風干燥箱內(nèi)蒸干，得活化沉積物，備用；
(2)取高嶺土，經(jīng)干燥、研磨過篩，得到粒度不小于100目高嶺土粉體，將所述活化沉積物和高嶺土粉體按比例充分混合形成混合粉體，所述高嶺土的用量占混合粉體總質量的50wt％，備用；
(3)利用0.2mol/L的FeSO4水溶液對所述混合粉體進行改性處理，所述FeSO4水溶液與所述混合粉體的質量比為100:1，而后置于鼓風干燥箱內(nèi)蒸干，取出冷卻至室溫備用；
(4)向步驟(3)改性后的混合粉體中加入玉米芯，玉米芯的添加量為所述混合粉體總質量的0.5wt％；混合均勻后再加水浸潤，水的添加量占所述混合粉體質量的10wt％，而后擠壓成顆粒狀，成型料于700℃焙燒2h，即制得粒徑為4-5mm的沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料4。
實施例4
本實施例所述的沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料由如下方法制備得到：
(1)采集湖泊沉積物為原料，經(jīng)冷凍干燥、研磨過篩后，得到粒度不小于100目的沉積物粉體，將所述沉積物粉體置于800℃的馬弗爐中焙燒1h，待冷卻至室溫后采用0.15mol/L的氫氧化鈉水溶液進行水洗處理，而后置于鼓風干燥箱內(nèi)蒸干，得活化沉積物，備用；
(2)取高嶺土，經(jīng)干燥、研磨過篩，得到粒度不小于100目高嶺土粉體，將所述活化沉積物和高嶺土粉體按比例充分混合形成混合粉體，所述高嶺土的用量占混合粉體總質量的80wt％，備用；
(3)利用0.2mol/L的FeSO4水溶液對所述混合粉體進行改性處理，所述FeSO4水溶液與所述混合粉體的質量比為100:1，而后置于鼓風干燥箱內(nèi)蒸干，取出冷卻至室溫備用；
(4)向步驟(3)改性后的混合粉體中加入玉米芯，玉米芯的添加量為所述混合粉體總質量的1.0wt％；混合均勻后再加水浸潤，水的添加量占所述混合粉體質量的5wt％，而后擠壓成顆粒狀，成型料于600℃焙燒1h，即制得粒徑為3-5mm的沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料。
實施例5
本實施例所述的沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料由如下方法制備得到：
(1)采集湖泊沉積物為原料，經(jīng)冷凍干燥、研磨過篩后，得到粒度不小于100目的沉積物粉體，將所述沉積物粉體置于700℃的馬弗爐中焙燒1h，待冷卻至室溫后采用0.3mol/L的氫氧化鈉水溶液進行水洗處理，而后置于鼓風干燥箱內(nèi)蒸干，得活化沉積物，備用；
(2)取高嶺土，經(jīng)干燥、研磨過篩，得到粒度不小于100目高嶺土粉體，將所述活化沉積物和高嶺土粉體按比例充分混合形成混合粉體，所述高嶺土的用量占混合粉體總質量的90wt％，備用；
(3)利用0.2mol/L的FeSO4水溶液對所述混合粉體進行改性處理，所述FeSO4水溶液與所述混合粉體的質量比為100:1，而后置于鼓風干燥箱內(nèi)蒸干，取出冷卻至室溫備用；
(4)向步驟(3)改性后的混合粉體中加入玉米芯，玉米芯的添加量為所述混合粉體總質量的1.0wt％；混合均勻后再加水浸潤，水的添加量占所述混合粉體質量的15wt％，而后擠壓成顆粒狀，成型料于650℃焙燒3h，即制得粒徑為3-4mm的沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料。
實施例6
本實施例所述的沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料由如下方法制備得到：
(1)采集湖泊沉積物為原料，經(jīng)冷凍干燥、研磨過篩后，得到粒度不小于100目的沉積物粉體，將所述沉積物粉體置于650℃的馬弗爐中焙燒1h，待冷卻至室溫后采用0.25mol/L的氫氧化鈉水溶液進行水洗處理，而后置于鼓風干燥箱內(nèi)蒸干，得活化沉積物，備用；
(2)取高嶺土，經(jīng)干燥、研磨過篩，得到粒度不小于100目高嶺土粉體，將所述活化沉積物和高嶺土粉體按比例充分混合形成混合粉體，所述高嶺土的用量占混合粉體總質量的50wt％，備用；
(3)利用0.2mol/L的FeSO4水溶液對所述混合粉體進行改性處理，所述FeSO4水溶液與所述混合粉體的質量比為100:1，而后置于鼓風干燥箱內(nèi)蒸干，取出冷卻至室溫備用；
(4)向步驟(3)改性后的混合粉體中加入玉米芯，玉米芯的添加量為所述混合粉體總質量的0.6wt％；混合均勻后再加水浸潤，水的添加量占所述混合粉體質量的10wt％，而后擠壓成顆粒狀，成型料于750℃焙燒3h，即制得粒徑為3-5mm的沉積物間隙水磷酸鹽高效去除材料。
對比例1
采集湖泊沉積物為原料，經(jīng)冷凍干燥、研磨過篩后，得到粒度不小于100目的沉積物粉體，將所述沉積物粉體置于600℃的馬弗爐中焙燒2h，即制得材料1。
對比例2
(1)采集湖泊沉積物為原料，經(jīng)冷凍干燥、研磨過篩后，得到粒度不小于100目的沉積物粉體，備用；
(2)取高嶺土，經(jīng)干燥、研磨過篩，得到粒度不小于100目高嶺土粉體，將所述沉積物粉體和高嶺土粉體按比例充分混合形成混合粉體，所述高嶺土的用量占混合粉體總質量的50wt％，備用；
(3)將所述混合粉體加水浸潤，水的添加量占所述混合粉體質量的10wt％，而后擠壓成顆粒狀，成型料于700℃焙燒2h，即制得材料2。
對比例3
采集湖泊沉積物為原料，經(jīng)冷凍干燥、研磨過篩后，得到粒度不小于100目的沉積物粉體，將所述沉積物粉體置于600℃的馬弗爐中焙燒2h，待冷卻至室溫后采用0.1mol/L的氫氧化鈉水溶液進行水洗處理，而后置于鼓風干燥箱內(nèi)蒸干，得材料3。
實驗例
本發(fā)明分別設置了材料1～4對磷酸鹽的吸附-解吸實驗和吸附熱力學實驗，同時通過模擬沉積物間隙水濃度以考察材料1～4對沉積物間隙水不同濃度磷酸鹽的去除效果。
1、吸附-解吸實驗
配置接近于湖泊自然條件下沉積物間隙水磷濃度范圍為0～1.0mg/L(即分別設置為0、0.02、0.05、0.10、0.20、0.30、0.50和1.0mg/L)的水樣；稱取材料干樣0.5g于100mL離心管中，分別加入50mL上述不同濃度的水樣溶液，在25℃環(huán)境下振蕩24h(200rpm)至吸附平衡；取出離心管，在5000rpm下離心15min，取上清液由0.45μm濾膜抽濾得濾液，測定SRP濃度；取適量濾液于25mL比色管中，用蒸餾水定容至25mL，加入0.5mL的10％抗壞血酸，搖勻，30s后加入1mL鉬酸鹽溶液充分混勻，顯色15min，以超純水作參比，在700nm波長下比色，測定溶液中磷濃度。
通過實驗數(shù)據(jù)計算，獲得如圖1所示的材料1～4對磷酸鹽的吸附-解吸曲線；再利用線性分配模型擬合運算，獲得材料1～4對磷酸鹽的吸附-解吸平衡濃度，見圖3，其中，線性方程如下：
Q＝b+KdC
EPC0＝(-b)/Kd
上式中，Q為材料對磷酸鹽的平衡吸附量，mg/kg；C為平衡溶液濃度，mg/L；EPC0為吸附-解吸平衡濃度，Kd為線性分配系數(shù)。
從圖3中可以看出，EPC0表現(xiàn)為材料1<材料2<材料3<材料4，也即是，沉積物經(jīng)600℃焙燒后所得的材料的EPC0最大，為0.027mg/L；沉積物與高嶺土按質量比1:1混合并于700℃焙燒后所形成的材料的EPC0為0.012mg/L，比沉積物經(jīng)600℃焙燒后所得的材料改善了1.3倍；沉積物依次經(jīng)600℃焙燒及0.1mol/L NaOH水溶液清洗后所形成的材料的EPC0為0.0037mg/L，比沉積物經(jīng)600℃焙燒后所得的材料改善了6.4倍，本發(fā)明實施例3制得的材料4的EPC0為0.0016mg/L，比沉積物經(jīng)600℃焙燒后所得的材料改善了16.6倍。由此可見，根據(jù)本發(fā)明所述方法制得的材料具有較小的EPC0值。
2、吸附熱力學實驗
受試溶液的磷酸鹽濃度范圍為0～15mg/L(即分別設置為0、0.5、1.0、2.0、5.0、8.0和15.0mg/L)；稱取材料干樣0.5g于100mL離心管中，分別加入50mL不同濃度系列的KH2PO4溶液，在25℃環(huán)境下振蕩24h(200rpm)至吸附平衡；取出離心管，在5000rpm下離心15min，取上清液由0.45μm濾膜抽濾得濾液，測定SRP濃度；取適量濾液于25mL比色管中，用蒸餾水定容至25mL，加入0.5mL的10％抗壞血酸，搖勻，30s后加入1mL鉬酸鹽溶液充分混勻，顯色15min，以超純水作參比，在700nm波長下比色，測定溶液中磷濃度。
通過實驗數(shù)據(jù)計算，獲得如圖2所示的材料1～4對磷酸鹽的吸附等溫線；再利用Langmuir模型擬合運算，獲得材料1～4對磷酸鹽的吸附容量，見圖3，其中，Langmuir模型方程如下：
Q＝Qmax×C/(Kd+C)
式中：Q為樣品氨氮平衡吸附量，mg/kg；Qmax最大吸附量，mg/kg；C為平衡溶液氨氮濃度，mg/L。
從圖3中可以看出，Qmax表現(xiàn)為材料2<材料1<材料4<材料3，也即是，沉積物經(jīng)600℃焙燒后所形成的材料以及沉積物與高嶺土按質量比1:1混合并于700℃焙燒后所形成的材料的Qmax值均較低，相比之下，沉積物依次經(jīng)600℃焙燒及0.1mol/L NaOH水溶液清洗后所形成的材料以及本發(fā)明實施例3制得的材料4的Qmax值顯著提高。由此說明，對沉積物進行堿性水洗是提高材料Qmax值的必要技術手段。
3、材料1～4對沉積物間隙水不同濃度磷酸鹽的去除效果實驗
取滇池0-20cm底泥，于5000r/min離心5-30min后，取上清液通過0.45μm微孔濾膜，即得沉積物間隙水，利用磷酸鹽標準儲備液將沉積物間隙水配制成磷酸鹽濃度分別為0.02、0.05、0.1、0.2、0.3、0.5和1mg/L的間隙水溶液，將材料1～4按照水：材料的質量比為100：1的比例混合，然后在25℃、200r/min恒溫振蕩器內(nèi)混合振蕩16-24h，測試并計算得到材料1～4對沉積物間隙水不同濃度磷酸鹽的去除效果，結果如圖4a～4d所示。
從圖4a～4d可見，材料4對間隙水磷酸鹽的去除效果最好，對磷酸鹽濃度為0.02-1mg/L的間隙水中磷的去除率達到了92％-99％，其次為材料3，對間隙水磷酸鹽去除率為89％-95％，而材料1對間隙水磷酸鹽去除效果最差。由此充分說明，根據(jù)本發(fā)明所述方法制得的材料具有最佳的間隙水磷酸鹽的去除效果。
顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。
- 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊！