论文总字数：15597字

目 录

1引言 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本文研究目的及内容 2

2 实验材料与方法 3

2.1 实验材料 3

2.1.1 实验试剂及药品 3

2.1.2 实验器材 3

2.2 实验试剂配制 3

2.1.3 平衡水的配制 3

2.1.4 酒石酸溶液的配制 3

2.1.5 磷母液的配制 3

2.1.6 钼锑抗储备液的配制 3

2.3 实验方法 4

2.2.1 体系预平衡 4

2.2.2 DL-酒石酸在体系中的平衡 4

2.2.3 磷吸附实验 5

2.4 分析方法 5

2.3.1 pH值的测定 5

2.3.2 磷浓度的测定 5

2.3.3 钙浓度的测定 6

3 结果与讨论 6

3.1 pH=7.7下酒石酸对方解石吸附磷的影响 6

3.1.1 磷吸附数据分析 6

3.1.2 pH及钙数据分析 9

3.2 pH=8.3下酒石酸对方解石吸附磷的影响 11

3.2.1 磷吸附数据分析 11

3.2.2 pH及钙数据分析 13

3.3 不同pH的影响 16

4 结论 16

参考文献 16

致 谢 19

酒石酸对方解石吸附磷的影响研究

王育堃

，China

Abstract: In this paper, the effects of tartaric acid on the adsorption of phosphorus on calcite were investigated. The results showed that tartaric acid has an inhibitory effect on the adsorption of phosphorus on calcite. At low phosphorus concentration, tartaric acid competes with phosphorus on the calcite adsorption site, which leads to the inhibition of phosphorus adsorption by calcite, and the stronger the inhibitory effect of tartaric acid concentration, the removal mechanism of phosphorus is mainly the adsorption of phosphorus by calcite. At high phosphorus concentration, phosphorus forms apatite crystals on the surface of calcite, and the removal rate of phosphorus is increased. At this time, the removal mechanism of phosphorus is the precipitation of phosphorus on the surface of calcite, and the time of precipitation is delayed after adding tartaric acid. The inhibition effect of different pH environment was different. At pH = 7.6, the calcium concentration was higher, and the removal rate of phosphorus after adding tartaric acid decreased little. The reason for the increase of adsorption rate of high phosphorus concentration was the precipitation of phosphorus on the surface of calcite At pH = 8.3, the calcium concentration was low, and the addition of tartaric acid could reduce the number of phosphorus, and the mechanism of phosphorus removal was mainly adsorbed.

Key words: Calcite; potassium dihydrogen phosphate; tartaric acid

1 引言

1.1 研究背景

伴随我们国家化工业的飞速成长，近二十年以来，我国磷化工也得到了发展，并取得了可圈可点的成果。磷是地球上普遍存在的一种化学元素，在植物成长的整个阶段磷也作为必要的营养组分。但是江河湖泊中若磷含量偏高，会破坏生态系统的平衡，而我国以磷造成污染为主的工业废水和生活污水排放而造成的环境污染现状也越来越严重。当代农业和磷化工产业加快了磷的溶解速度，使水体当中磷的浓度不断提高，水体中富营养化程度加重^[1]。由此，治理水和磷化工的污染主要是要降低磷含量，已经刻不容缓，生态环境和不可再生的有限资源都需要保护，对磷污染能够造成的影响要有足够的认知，故探究出除磷的方式都具有很大的实际意义。

目前对于水中磷的去除方式大致分化学法、离子交换法、生物法和吸附法等几类，生物法去除效果好但对环境的要求很高，化学法价格高且容易形成二次污染，对环境造成不利影响。吸附法弥补了以上方法的不足，所以找到容易获得、价格低廉且去除率高的原料是该方法的关键，国内外学者研究吸附磷的材料主要有有机无机复合性材料、矿物、固体废弃物、不同类型土壤、方解石等。

程鹏^[2]等人考虑合成材料价格高，黏土及固体废弃物的除磷效果不佳等因素，选择了褐铁矿为研究对象。经高温活化处理后的铁矿产物具有较大的比表面积和较高的除磷效果，pH在3-9的范围内，pH越低呈现出的效果就越好。黄巍^[3]等人选取了粉煤灰当做既经济又有效的吸附剂，对含磷假设污水除磷的规律进行探究。由于在粉煤灰中含大量的活性氧化物等，其有很强的吸附作用，而且粉煤灰的作用不完全是吸附，其中氧化钙、氧化铁及三氧化二铝等能和磷酸根反应得到不溶或是溶性沉淀，最终结果是磷的去除效果达到了99%以上。大量研究表明，吸附法确实很适用于低浓度的废水处理，因此在处理废水方面有巨大的开发前景。在吸附法探究中，找寻新吸附剂是开发除磷工艺的关键，自然界分布广泛的天然粘土及矿物成为人们研究的方向。

方解石是近年来出现的效力较高的吸附材料，方解石作为一种碳酸钙矿物，是自然界最常见的碳酸钙^[4,5]，分布也极广^[6] 。方解石自身有各种各样的晶体形状，方解石破碎后也可以获得很多方形碎块晶体，能够较好的固定磷酸盐^[7][8]。作为天然矿物的一种，方解石具有、比表面积大及易于获取等优点。已经有研究证明，方解石在吸附和回收水中的磷酸盐这方面有很大的作用^[9-13],在底泥等深度除磷系统中也得到了广泛应用。

酒石酸，由于在葡萄和罗望子中存在含量较高又名葡萄酸，也广泛存在在植物体中，是土壤中很常见的一种根系分泌物，此类有机酸的存在能明显抑制农作物根系生长及营养物的吸收。在一些加工食物工厂排出的废弃液中也含有酒石酸，若随意排放至河流等，必然会危及生态环境。曹冬梅^[14]等人用微生物代谢法净化废水中的酒石酸。 同时有研究表明，酒石酸的存在会影响部分吸附剂用来除磷的效果，而方解石对水体中易溶解的有机酸也有一定吸附作用。所以本文选取在水中的溶解性较大，广泛应用及存在于生活中的酒石酸进行探究，以发现当方解石、酒石酸和磷三者共存的体系中，酒石酸是否影响方解石去除磷。因此，探究酒石酸对方解石去除磷的影响具有必然的实际意义。

1.2 国内外研究现状

综合分析国内外研究资料后发现，很多学者都在方解石吸附磷的机制上有深入研究并提供实验支撑，但对于效果和去除机理存在不同的意见。就本质而言，方解石的根本用处是促使磷沉淀，之后会形成磷灰石的结晶^[15]。一部分学者认为，由于磷灰石的结晶和方解石的结晶是一起产生的，而且有可能抑制方解石结晶，在溶液中进入方解石的晶体格中；另外一部分学者得出了较一致的意见^[16,17]：在低浓度磷体系中，没有明显的沉淀产生，方解石去除磷主要通过其表面吸附的方式；在高浓度磷存在时，方解石晶体表面会有明显的沉淀，故主要是以形成了钙磷化合物的沉淀形式除去。

生活现实中的水体较为复杂，不同且多样复杂的成分掺杂，如镁离子,硫酸盐,草酸，邻苯二甲酸等有机酸，温度、pH等环境因素，这些都会对净化磷造成相当大的影响。闫志为等^[18-20]的研究表明，很多因素都会影响到碳酸钙的溶解，如CO₂、温度等。赵雪松等人^[21]的研究表明不同粒径的方解石、在有差异的pH条件下对方解石的溶解有很大的影响，当pH较低时，能够促进方解石的溶解，钙离子浓度也相应增加，吸附率也变大，而且大于pH高时的吸附率。Snoeyink V L^[22]等的研究结果发现，在pH大于7的条件下，镁离子的存在在一定程度上能促进方解石吸附磷。何振立^[23]等人研究发现，当溶液中SO₄^2-及有机阴离子同时存在的时候，将竞争方解石表面的吸附点位，随后磷的吸附率发生下降。闫志为等人^[24,25]的研究结果推测SO₄^2-能影响方解石吸附磷，是因为SO₄^2-提升了方解石的溶解度；印红伟^[26]等的研究证实了这个推测，当pH小于7时，硫酸根离子会有抑制方解石对磷的吸附作用。生产增塑剂的原料邻苯二甲酸，排放的废水对人体及其他生物体有毒性^[27]。李振炫^{[28 ]}等人研究结果发现，方解石吸附邻苯二甲酸在反应3h后趋于稳定，而随pH增加，邻苯二甲酸的被吸附率下降。

1.3 本文研究目的及内容

本文设置在常温条件下，对酒石酸对方解石吸附磷的影响进行探究，探究将围绕以下几个几点进行：

（1）分别在不同pH的环境下进行实验

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