类水滑石插层改性和其对沼液中磷

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1、类水滑石的插层改性及其对沼液中磷的吸附分离郁强强1，张志榕1，郑杨清1，郑艳梅1，王海涛1，王远鹏1，何宁1，李清彪1,2*（1厦门大学化学化工学院，福建厦门361005；2泉州师范学院化学与生命科学学院，福建泉州362000）摘要：通过恒定pH法成功合成了均苯四甲酸插层的锌铝类水滑石（Zn2Al-PMA-LDHs），考察了它的特征结构及组成通式，并对沼液中磷的吸附性能进行了研究。结果表明，Zn2Al-PMA-LDHs对四川遂宁沼气工程所产沼液中磷的吸附性能要大大优于未插层的锌铝类水滑石（Zn2Al-Cl-LDHs）。当吸附剂用量为0.1g/L时，Zn2Al-PM

2、A-LDHs在4h内，对沼液中磷的吸附量由未插层前的11.58mg/g提高了约248%，达到40.31mg/g。同时该吸附剂对沼液中磷酸根的吸附过程符合准二级吸附动力学模型，吸附等温线表现为Langmuir型。用0.1mol/LNaOH溶液对吸附后的Zn2Al-PMA-LDHs进行解吸再生，经过4个循环周期，其对沼液中磷的吸附量仍能达到首次吸附量的70%左右。关键词：锌铝类水滑石；均苯四甲酸；沼液；磷；吸附中图分类号：X703文献标志码：A文章编号：沼气工程在处理畜禽粪便、农作物秸秆等废弃物生产沼气的同时，也会产生大量的沼液这一副产品。通过对目前常规沼气工程的调研

3、，每产出100m3产品气（98%CH4），就会随之产生约3.7t沼液。沼液中除含有大量的有机物、氨氮、重金属外还含有丰富的磷元素，若不经处理直接排放必将造成严重的环境污染[1-2]。由于沼液含有高浓度的氨氮与有机物导致其可生化性差，采用传统的除磷工艺很难处理[3]。目前普遍的沼液资源化方法就是在沼气工程周围配套一定数量的农田，将沼液作为农用肥直接还田。但大规模沼气工程产生的沼液体积过大，配套的农田往往无法消纳产生的沼液，从而流入河流、湖泊，构成了地表水富营养化的潜在威胁。同时，原始沼液中肥用成分的浓度又偏低，远距离输送或储运并不利于其产业化和商品化。故分离浓缩沼液

4、的营养物使其体积减容十分必要[4]。此外，根据本课题组前期调研全国典型大型沼气工程和户用沼气池得出的数据，沼液中含有大量的重金属（砷、铜等，见表1）和抗生素，直接资源化制作农用肥容易导致二次污染。吸附法作为一种有效的分离方法，其回收污废水中的磷可大量节省化学药剂的使用、减少污泥的产生并降低运行成本，是一种环境友好、极具应用前景的含磷废水处理和磷资源回收再生技术[5-7]。类水滑石化合物（hydrotalcite-likecompound，HTlc），又称层状双金属氢氧化物(layereddoublehydroxides，LDHs)，是由层间阴离子与带正电荷层板有序

5、组装而形成的化合物，其结构类似于水镁石Mg(OH)2，有MO6八面体共用棱边形成主体层板。其组成通式为，其中M2+和M3+分别为二价和三价金属阳离子，An-为带-n价的插层阴离子，x为M3+/(M3++M2+)的摩尔比值，m为每摩尔LDHs中结晶水的摩尔数[8]。近来LDHs因在催化[9]、光电磁材料[10-11]、医药载体[12]以及阴离子吸附[13-14]等领域的应用获得很大关注。吸附法回收沼液中磷的关键就是提高吸附剂在复杂体系中的吸附容量。虽然LDHs对于模拟污水中的磷酸根有较大的吸附容量，但在实际污水、沼液等复杂体系中对磷的选择性不高成为限制其应用的一个瓶

6、颈[15-16]。前人的研究主要集中在改变LDHs的层板组成，通过在层板中引入La[17]、Zr[18]等稀土元素来提高LDHs对磷的吸附选择性，但并不能解决复杂体系的竞争吸附问题，尤其是含有高浓度有机物和大量阴离子的沼液体系。本文通过在Zn2Al-LDHs层间插入均苯四甲酸，提高了其在复杂体系中对磷的吸附容量，并重点研究其对沼液中磷的吸附性能，为沼液中磷的资源化回收利用提供借鉴。1材料和方法1.1Zn2Al-PMA-LDHs的制备按Zn/Al摩尔比为2，称取2.726gZnCl2和2.414gA1C13·6H2O，加去离子水定容至50mL。将该溶液缓慢滴加至提前

7、配置好的50mL0.2mol/L的均苯四甲酸溶液中，同时在室温下强烈撹伴，滴加2mol/LNaOH溶液使体系pH值保持在8.0土0.2。滴加完毕后持续搅拌0.5h，随后在65℃下晶化6h。将晶化后的产物抽滤洗涤，除去多余的均苯四甲酸及氯离子，70℃下干燥24h，研磨成粉末，即为Zn2Al-PMA-LDHs吸附剂。而按文献[19]制备的为Zn2Al-Cl-LDHs。1.2Zn2Al-PMA-LDHs的表征样品的晶体结构采用日本Rigaku公司D/MAX-rC转靶X射线衍射仪分析（CuKɑ波长0.15418nm，电压35kV，电流15mA，扫描速度20(°)/min，

8、扫描范围3