研究报告
宋志伟,卿卓霖,钱锋,王良杰,刘馨瑶,宋永会.海藻酸钠/锆@钙水凝胶的制备及其对磷的吸附研究[J].环境科学学报,2022,42(3):151-161
海藻酸钠/锆@钙水凝胶的制备及其对磷的吸附研究
- Preparation of sodium alginate/zirconium@calcium hydrogel and its sorption behavior to phosphate
- 基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（No.2018ZX07601-003）；长江干流及典型城市环境保护综合方案与管理平台研究项目（No.2019-LHYJ01-0104）；国家自然科学基金（No.51678222）
- 作者
- 单位
- 宋志伟
- 黑龙江科技大学，哈尔滨 150022
- 卿卓霖
- 黑龙江科技大学，哈尔滨 150022;中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012
- 钱锋
- 中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012
- 王良杰
- 中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012;清华大学环境学院，北京 100084
- 刘馨瑶
- 中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012
- 宋永会
- 中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012
- 摘要：利用简便的方法制备了一种新型的海藻酸钠/锆@钙（SA/Zr@Ca）水凝胶材料，采用SEM、XRD对该材料进行了表征，并通过拟合吸附等温模型及吸附动力学模型，结合XPS和Zeta电位分析，研究了该材料对磷酸盐吸附的性能和机理.结果表明，该材料为非晶态的无定型材料.在溶液初始pH为2~7时，SA/Zr@Ca对磷酸盐（以PO43-计）的吸附量均大于60 mg·g-1，pH=2时，吸附性能最佳（124.23 mg·g-1）.HCO3-、SO42-和NO3-对SA/Zr@Ca水凝胶吸附磷酸盐的影响不大，其中，NO3-在pH=3的条件下对磷的吸附有轻微抑制作用，在pH为5~7时，则对磷的吸附具有促进作用.吸附动力学过程更符合粒子内扩散模型，吸附热力学过程符合Redlich-Peterson模型，且随温度的升高，反应的ΔGθ降低，说明该吸附过程为自发的混合吸附过程.此外，XPS和Zeta电位分析结果表明，在初始溶液pH低于3.19时，SA/Zr@Ca水凝胶对磷的吸附通过静电吸附和配位交换实现；pH高于3.19时，吸附作用通过配位交换实现.
- Abstract：A novel sodium alginate/zirconium@calcium （SA/Zr@Ca） hydrogel was synthesized by a simple method， and its phosphate adsorption performance and mechanism were investigated. The hydrogel was characterized as an amorphous material by scanning electronic microscopy （SEM） and X-ray diffraction （XRD）. The adsorption amount of SA/Zr@Ca for phosphate （calculated by PO43-） was higher than 60 mg·g-1 in initial solution pH range of 2~7， of which the best adsorption capacity was found at pH 2 with 124.23 mg·g-1. Coexistent ion HCO3-， SO42- and NO3- had a little effects on phosphate adsorption， where NO3- could slightly inhibit the phosphate adsorption process at pH 3， promote at pH 5~7. The phosphate adsorption kinetics course was consistent with intraparticle diffusion model， which indicated that film and intraparticle diffusions occurred simultaneously in the adsorption process. The Redlich-Peterson model could well fit adsorption isotherm data and with the increase of temperature， the ΔGθ of adsorption was decreased， indicating that phosphate adsorption was a spontaneous mixed process. In addition， the results obtained by both X-ray photoelectron spectroscopy （XPS） and Zeta-potential showed that SA/Zr@Ca hydrogel adsorbed phosphate via electrostatic attraction and ligand exchange when the initial solution pH value was lower than 3.19， and mainly through ligand exchange when pH value was higher than 3.19.
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