改性长石对磷的吸附热力学和动力学研究_胡绳.doc

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1、第 3 卷 第1 1 期 2 0 0 9 年 1 1 月环 境 工 程 学 报 Chinese Journal of Environmental EngineeringV.l 3, N 11 Nv. 2 0 0 9改性长石对磷的吸附热力学和动力学研究胡 绳 刘 云1董 元 华1#王 萍2(1.中国科学院南京土壤研宄所土壤与农业可持续发展国家重点实验室，南京 210008； 2.兰州交通大学环境与市政工程学院，兰州 730070)摘 要 在 5 0 0 C下对甘肃长石进行 2 1烧，得到改性长石。通过批平衡实验，研宄了改性长石对磷的吸附热力学 和动力学性能。结果表明：改性长石对磷的吸附等温线符合

2、Frcundlich方程，且温度越高，吸附量越大。同时，在 60minrt 即可对 10溶液达到吸附平衡，改性长石对磷的吸附动力学符合准二级吸附动力学模型，主要是以化学吸附为主。关 键 词 长 石 除 磷 吸 附 动 力 学 热 力 学 中图分类号 X73. 1 文献标识码 A 文章编号 16739108 (2009)11-210005Thermdynam ic and kinetic of Phosphorus adsorption onto calcined feldsparHu ShenS2 Liu Yuri Dng Yuanhud W ang Ping(1. SteKeyLabraio

3、iy of Sil and Sustajiable Agriculture Institute of Sil Science Cheese AcadonY of Sciences Nanjfi210008 Chtfia2 College of Enviionmenial Municipal Eng jieer jig Lanzhou JiaoiongUniversiy LanzhU737Q Ch扭i)Abstract The tiemdynamics and 1he kinetics of PhsPhms adsorption oncalcined at5Cr2 hurs were studi

4、ed by tie sets of equilibrium and ttne_based e:ertnents under various conditions The re-suIts shewed tiat adsoiPtion iso如ems of PhsPhius were modeled by Freundlichmde， ltie Paianeters in_dicated that tie adsoiption of PhsPhius on Hsparwas strongly dependent on tonpreture and 1he adsoiption of PhsPhm

5、s increased with increas jig tmipreuire of systmj Furtiemo平 fie adsoiption process reached e_ quilibriim JigQ minutes and 1he kinetics adsoiption of Phosphorus can be descriT3ed by PseuCLsecond-order mte very we Key words IJspaj PhsPhlus rmoval adsoiptiou kPetic3 ihemodynamics长石是地壳中常见的分布最广的矿物，约占地 壳质

6、量的 50%，是由硅氧四面体组成架状构造的 钾、钠、钙和铝硅酸盐矿物1对于长石族矿物， 无论是在高、中温度条件下，还是在低温条件下，都 能表现出一定的离子交换性，具有明显的孔道结构 矿物特征3%。但是长期以来人们并没有重视它的 孔道结构，有关长石孔道离子交换效应更没有引起 人们足够的重视。迄今长石类环境矿物材料处理水 体磷的有关研宄还不多，而有关改性长石吸附污染 物的热力学与动力学研宄尚未见报道。热力学与动力学是物理化学研宄的重要理论方 法，通过对吸附过程热力学与动力学的研宄，可以为 探讨吸附机理提供依据。本实验选用通过煅烧改性 的甘肃长石，采用批平衡实验，研究其对磷的吸附特 征及其吸附热力学

7、和吸附动力学过程，以期解析煅 烧长石对磷的吸附机理，为改性长石在水处理领域 的应用提供理论基础。1 材料与方法 1.1 实验材料与试剂实验材料：长石深自甘肃）先经 105 C烘干 2 h粉碎，筛取粒径在 1.00 0. 45 _之间的备用。 称取备用的长石，在马弗炉中，500 C下进行 2 嫩 烧，冷却至室温，密封保存，即得改性长石。实验药品:磷酸二氢钾（优级纯）、硫酸、抗坏血 酸、钼酸铵和酒石酸锑钾均为分析纯。1.2 实验仪器紫外可见分光光度计（UVi600)恒温振荡器 (3iAQ 38 型智能箱式电阻炉，FHS3C精密 M计，X射线衍射仪（日本理学RigWu公司D /收稿日期：2008 1

8、1 17;修订日期：20090422 作者简介:胡绳（1982X女，硕士研究生，主要从事环境污染控制 研究工作。Enal ehushen163. con *通讯联系人，Ema丨 1 yhdn issag a? cn第 1 1 期胡绳等：改性长石对磷的吸附热力学和动力学研究2101max_RA)o 1. 3 实验方法 1. 3. 1样品结构分析对长石原土及煅烧改性后的长石作 XRD 图分 析，0|巴（ c；为吸附 平衡时水中剩余的磷浓度（mg/L)。以上实验重复了 3 次，可以保证实验良好的再 现性。1.3. 2 长石原土和改性长石的吸附性能对比 分别准确称取粒径在 1.00 0.45 _之间的

9、长石原土及煅烧改性后的长石 2 g 置于 250 m雅形 瓶中，加入浓度为 10 mg/1 彳的磷溶液 50在 25 C下置于 120恒温振荡器中，振荡 24 垢，取样过滤，采用钼锑抗分光光度法7测定溶液中磷的 含量。根据溶液中磷的浓度变化，按下式计算出磷 的去除率。去除率（ )=Cflc C“xioo%式中：q 为磷溶液初始浓度（mg/L，G 为吸 附平衡时水中剩余的磷浓度（mg/L)。实验重复3 次。1.3. 3 改性长石对磷的吸附热力学准确称取一系列 2 學立径在 1. 00 0.45 间的改性长石，分别置于 250 形瓶中，加入 50 系列不同浓度的磷溶液，磷的起始浓度范 围为 2 2

10、00 mg/L 在恒温 15、25 和 35C (即 288 298 和 308 K)下分别于 120振荡器中，振荡24 陡，取样过滤，采用钼锑抗分光光度法测定溶 液中磷的含量，按下式计算样品对磷的吸附量：(C-Q)Af 卜 W式中：W 为样品投加量（g); V 为磷溶液体积 (L); q 为磷溶液初始浓度（mg/L); C；为吸附平衡 时水中剩余的磷浓度（mg/L); 4 为吸附平衡时样品 对磷的吸附量（mg/。以上实验重复了 3 次，可以保证实验良好的再 现性。1. 3. 4 改性长石对磷的吸附动力学准确称取一系列 2 f 立径在 1. 00 0. 45 间的改性长石，分别置于 250 形

11、瓶中，加入浓 度为 10 mg/I磷溶液 50 在 25C 条件下置于 12恒温振荡器中，每隔一定时间后，取样过滤，采用钼锑抗分光光度法测定溶液中磷的含量。 根据浓度变化，按下式计算出磷的平均去除率。2 结 果 及 讨 论2. 1 长石的 XRD 分析 改性前后矿物的 XRD 图谱如图 1 所示。图 1 长 石 XRD 图 Fi? 1 XRD Patterns of feldspar根据据，用Jad唤表征吸附表面强度的常数。表 1 煅烧改性长石对磷的吸附模型拟合参数 Tablel Adsorption iso them parameters of PhsPhrus onto m d ified

12、 feldsparFreund lichLangnui 參数温度 (K)R 为一级吸附速率常数（mjrr1 )。准二级动力学模型是建立在速率步骤为化学反 应或通过电子得失的化学吸附量的二级动力学模 型，表达式为： 穸 1 / ($气）+穸气 式中 g 为二级吸附速率常数（g/m& min)。表3煅烧改性长石对磷的吸附动力学拟合参数 Tab le3 pseudo dynam ics param eters of Phosphorus adsorption onto heat treated feldspar初始浓度吸附材料 (mg/L)相关系数准一级吸附动力学煅烧改性长 石100. 04080.

13、 2132 准二级吸附动力学煅烧改性长 石106. 84000. 9999由表 3 可知，用准二级动力学方程进行拟合的 效果很好，其相关系数 R 为 0.9999 煅烧改性长石 对磷的吸附动力学符合准二级吸附动力学模型，说 明煅烧改性长石对磷的吸附主要是以化学吸附 为主。3 结论(1 涮定 288、298 和 308 K3 个不同温度下的 吸附等温线，并用Freundlich方程和Langnui仿程 进行拟合，改性长石对磷的吸附等温式更符合 undlic尊温吸附模型，相关系数都在0.99以上。(2)用 Varr tHaf 坊程和相应热力学关系 式， 分析吸附过程中的热力学行为：吸附焓（AH)大

14、 于 0说明吸附过程是吸热过程；小于 Q 说明吸 附是自发的；堤正值，表明磷酸根在改性长石中 的吸附是焓推动作用。(3 )煅烧改性长石对磷的吸附动力学符合准二 级吸附动力学模型，相关系数为 0. 999 说明煅烧改 性长石对磷的吸附主要是以化学吸附为主。(4)由于长石储量丰富，分布广泛，且价格低 廉，因此长石对环境的修复具有不可忽视的意义。 通过实验分析，研宄长石除磷机理，证明长石应用于 低浓度含磷废水处理中，其性能优良，无二次污染。本文为实际采取除磷工程措施提供了理论依据，对 工程设计具有指导意义。参 考 文 献1He ier K S Trace elments in jfeldsparg

15、ANrsk Geo.l Tidsskr 1962 42: 415 454 2White J HltQ , Paikerp et a 1 Tracele. ment partitioning beween aali Id spar and peralkali quartz trachyte to ihlite magna part J SYstmatics of trace.elonent partitioning American Mineralogist 2003 8& 316-329 3 刘瑞，鲁安怀，秦善.离子交换反应合成铅长石的实 验 研宄.岩石矿物学杂志，2005 24(6): 51

16、1 514 4 鲁安怀.无机界矿物天然自净化功能之矿物超微孔适 效 应.岩石矿物学杂志，200S 24(6): 503 510 5 李红中，杨志军，古志宏，等环境矿物材料长石修 复 水体中重金属污染研究的进展及意义.中山 大学研究 生学刊（自然科学、医学版X 2007 28(4): 35 42 6 张明杰熔盐电化学原理.北京：化学工业出版社， 2006 7 国家环境保护总局水和废水监测分析方法 3 版） . 北京：中国环境科学出版社，1984. 280 8 王惠初，张翊钧.角闪岩相温度条件下斜长石的变形 组 构.长春地质学院学报，1995 25(4): 405 -410 9 袁东海，张孟群，髙

17、士祥，等.几种粘土矿物和粘粒 土 壤吸附净化磷素的性能和机理.环境化学， 2005 24 (1): 711 10 袁东海，高士祥，景丽洁，等.几种粘土矿物和粘土 对 溶液中磷的吸附效果.农村生态环境，2004 20(4 ): 60 -63* 72 11PFakL E, KiyaV Q, Suvorova g et a 1cium Phosphate ciystallizatjpn under terrestrial and micKi gmviiy conditions Journal of Costal1995 152 (3): 191 202 12JuangR Chu T C SiPtin

18、 of citric acid frcm a_ queous solutions bymacroporous resins containing a tertia_ ry an jie equilibria SeP Sc.i Techno 1996 31 (l). 1409 1425f 13 Ksuirag，Kulveitog H， Le sk J B last mace slags as soihents of Phosphate fian water solution Water Re_ searcti 200S 39(9): 1795 180214 Juang ，Shiauj Y，Sha

19、H J Efct of tmper. ature on equilibriun absorption of Phenols on ID non ionic pol)fn eric resinj Sep Sc.i Techno.l，199贫 34(9): 1819 1831f 15 GarclcLDegado R /V, CtuelM _ez 乙V，Rd- figuez J J Equilibrium study f sjigle_ solution of anionic surfactants wi pl3toeric XRD resins SeP Sc. i Tech11- .l, 1992 27(7)： 975 -987