铁改性花生壳生物炭吸附除磷性能及机理研究

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1、分类号密级中国地质大学（北京）硕士专业学位论文铁改性花生壳生物炭吸附除磷性能及机理研究研究生张博文学号2105150070学位类别工程硕士专业领域环境工程校内导师陈男副教授校外导师申文龙高工学习方式全日制2018年05月ADissertationSubmittedtoChinaUniversityofGeosciencesforMasterofProfessionalDegreePerformanceandMechanismonthePhosphorusAdsorptionbyIronModifiedP

2、eanutShellBiocharMasterCandidate:ZhangBowenProfessionalDegree:MasterofEngineeringDissertationSupervisor:AssociateProf.ChenNanAssociateSupervisor:SeniorEngineerShenWenlongChinaUniversityofGeosciences(Beijing)声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中

3、特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国地质大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解中国地质大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。□公开□保密（____年）（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：

4、导师签名：日期：摘要富营养化水体以及磷污染废水已成为全世界亟待解决的环境问题之一。在诸多除磷技术中，吸附法因其除磷效率高、吸附速率快、操作简单、成本低且环境友好，近年来受到了大家的广泛关注。本研究选用废弃的花生壳作为原材料制备生物炭，分别采用FeSO4·7H2O和Fe(NO3)3·9H2O进行改性，制备两种铁改性生物炭吸附材料（FS-BC和FN-BC），研究其静态和动态吸附反应体系中材料对磷酸盐的吸附性能、规律以及作用机理。静态实验分别探究了吸附剂投加量、pH、初始磷浓度、共存离子等因素对FS-BC和F

5、N-BC吸附除磷效果的影响。FS-BC和FN-BC在初始pH为3.0~10.0范围内，表现出最大吸附容量且基本保持恒定，环境适应性强；共存离子CO2-3和HCO-3对FS-BC与FN-BC吸附除磷效果影响显著；吸附动力学研究表明，伪二级动力学能够更好的描述FS-BC和FN-BC吸附除磷过程，说明化学吸附是最主要的控速步骤；吸附等温实验结果表明FS-BC的Langmuir吸附模型数据拟合较好，而FN-BC的Langmuir和Freundlich吸附模型数据拟合均较好，说明FN-BC吸附为均相和非均相共同作

6、用的结果；吸附热力学分析表明FS-BC和FN-BC吸附磷酸盐是自发进行的吸热反应过程。动态实验分别探究了吸附剂填充高度、进水磷浓度和进水流速对FS-BC和FN-BC吸附除磷效果的影响。研究结果显示FS-BC和FN-BC吸附剂填充高度与穿透时间、耗竭时间和吸附容量呈正相关关系；进水浓度的增加会导致穿透时间和耗竭时间减少，而吸附容量明显增加；进水流速对FN-BC动态吸附除磷效果影响较大，而进水流速对FS-BC动态吸附除磷效果影响较小；Thomas模型和Yoon-Nelson模型都能较好的描述FS-BC和FN

7、-BC动态吸附除磷过程。SEM、FTIR和XPS表征分析结果显示FS-BC在制备过程中Fe2+被氧化成Fe3+，FS-BC主要是通过Fe3+和磷酸盐发生配位交换和表面化学沉淀从而去除水中的磷酸盐；而FN-BC对磷酸盐的吸附主要是通过Fe-OH与磷酸根离子交换以及Fe3O4与磷酸盐发生表面化学沉淀而实现的。I关键词：生物炭，铁，吸附，除磷AbstractEutrophicationandphosphorus-contaminatedwastewaterhavebecomeoneoftoughenviron

8、mentalissuesaroundtheworld.Amongnumeroustechnologiesremovingphosphorusfromaqueoussolution,theadsorptionmethodhasattractedpeople'sextensiveattentionduetoitshighphosphorusremovalefficiency,fastadsorptionrate,simpleoperation,