活性炭對廢水中去除磷的用途
活性炭對廢水中去除磷的用途
隨著工業(yè)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)的集中化生產(chǎn)導(dǎo)致廢水的排放增加，富營養(yǎng)化已顯示出對水生生態(tài)系統(tǒng)的嚴重威脅。磷(P)和氮(N)在較小的程度上，是植物生長重要的營養(yǎng)物質(zhì)，如果濃度過大可能會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。因此，必須選擇一種自然友好且在除磷方面具有良好效率的方法。活性炭是用來去除寬范圍的水溶液中污染物優(yōu)秀吸附劑，擁有高的比表面積和吸附能力，高的內(nèi)部微孔，豐富的官能團，并且成本還低。
與其他方法相比活性炭應(yīng)用的重要性
關(guān)于從廢水，水溶液，污水污泥和肥料中除去磷有很多方法。通常，磷去除方法的選擇很大程度上取決于廢水的特性，方法的選擇對產(chǎn)生的產(chǎn)物和磷去除效率有很大的影響。大部分是采用生物，化學(xué)和物理方法從廢水中去除磷。吸附技術(shù)的使用非常有吸引力且有效，因為它效率高且不會產(chǎn)生污泥。用于除磷的吸附劑包括：粘土礦物，沸石，氧化鋁，石灰石，生物炭和活性炭。這種方法存在各種工況下，可能會影響其使用。與化學(xué)和生物方法相比，圖1是活性炭吸附的應(yīng)用優(yōu)勢，吸附法作為一種物理方法因其成本低，操作簡單，效率高和吸附率高而受到了廣泛關(guān)注，尤其是在低磷水平情況下。
圖1：與其他除磷方法相比，活性炭應(yīng)用的優(yōu)勢。
影響活性炭對磷的吸附的一些因素
活性炭的表面積：通常，隨著熱解溫度的升高，活性炭的孔結(jié)構(gòu)會發(fā)展，結(jié)果其比表面積也會增加。活性炭去除磷通常是通過吸附過程完成的，生物炭表面積的發(fā)展改善了磷從溶液到吸附劑表面的轉(zhuǎn)移。
金屬氧化物的影響：有些活性炭包含多種金屬氧化物，包括鐵，鋁，鈣，鎂等。金屬氧化物的存在會增加活性炭對磷的吸附。水溶液中的磷酸鹽與這些金屬氧化物通過弱的氫鍵形成沉淀。磷酸鹽還可能通過化學(xué)反應(yīng)和牢固的化學(xué)鍵與這些金屬氧化物反應(yīng)而沉淀。由不同類型的活性炭的各種研究已經(jīng)調(diào)查磷的吸附和的結(jié)果表明，具有較高的鈣和鎂含量生物炭具有高磷吸著。由于羥基官能團密度的增加，復(fù)合活性炭對磷的吸收增加。因此，在制備活性炭之前，先進行具有增加的金屬陽離子濃度的化學(xué)預(yù)處理。
活性炭中的磷吸附熱力學(xué)及其機理
活性炭具有特殊的理化特性，如高比表面積，高孔隙率等，可從廢水中回收磷。因此，重要的是研究吸附機理，動力學(xué)模型和熱力學(xué)，以認識活性炭中吸附過程的性質(zhì)。
動力學(xué)模型類型，包括偽一級，偽二級和顆粒內(nèi)擴散模型，可提供有關(guān)活性炭中磷吸附機理的見解。一些研究表明，假一階是最好的模型言下之意磷個物理吸附。熱解溫度是已知改善磷吸附的因素。在高溫?zé)峤庀拢妱?，總體積，比表面積和pH增加。在高熱解溫度下可以獲得最大的磷吸附量。在幾種溫度和活性炭原料類型上，模型的行為有所不同。
通常，磷的吸附過程是活性炭中的吸熱反應(yīng)。等溫線包括Freundlich，Langmuir和Langmuir-Freundlich能夠預(yù)測廢水中活性炭對磷的吸附。在這些條件下，Langmuir通常更適合實驗數(shù)據(jù)。圖2總結(jié)了磷在活性炭表面上吸附的各種機理。一些機制以高親和力和強度(例如，配體交換和內(nèi)球雙齒)將磷固定在其表面上，而另一些機制以較低的強度(例如，外球絡(luò)合和靜電吸引)固定在磷表面，從而降低了除磷效率。
圖2：磷吸附到活性炭表面的潛在機理。
活性炭對廢水中去除磷的用途，活性炭可用于從水溶液和廢水中去除磷，吸附能力受到活性炭的物理和化學(xué)性質(zhì)，預(yù)處理方法和熱解條件。由于其作為物理吸附劑的高孔隙空間，活性炭在不同的磷濃度水平下顯示出高效率。磷的吸附通常取決于活性炭表面上可用的金屬陽離子的數(shù)量和類型，因為活性炭對磷吸附的主要機理通常是通過化學(xué)沉淀。增加活性炭吸附能力的一種方法是通過各種方法改性吸附劑，所以經(jīng)過多方面測試發(fā)現(xiàn)活性炭可以去除廢水中的磷并且效果比較好。
本文作者：董帝豪
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