论文总字数：16869字

目 录

1引言 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.3本课题研究的目的及内容 2

2实验材料与方法 2

2.1实验材料 2

2.1.1实验试剂及药品 3

2.1.2实验仪器 3

2.2实验方法 3

2.2.1实验准备 3

2.2.2具体步骤 4

2.3分析方法 5

2.3.1pH值的测定 5

2.3.2溶液中钙元素的测定 5

2.3.3 溶液中苯甲酸浓度的测定 5

3实验结果与讨论 7

3.1pH8.3系统的实验结果 7

3.1.1加入磷酸盐后溶液pH、Ca变化和P的去除率 7

3.1.2加入苯甲酸后的数据分析 8

3.1.3苯甲酸吸附数据分析 8

3.2 pH7.7系统的实验结果 11

3.2.1加入磷酸盐后，溶液pH、Ca变化和P的去除率 11

3.2.2加入苯甲酸后的数据分析 13

3.2.3苯甲酸吸附数据分析 14

4结论 16

参考文献 16

致 谢 18

探究磷的存在对方解石吸附苯甲酸的影响

严磊

,China

Abstract：In this paper, calcite was used as adsorbent to investigate the effect of phosphorus on the adsorption of benzoic acid by calcite. The experimental results show that in the system of pH8.3 and pH7.7, the adsorption rate of benzoic acid by calcite is always lower than that by calcite adsorbing benzoic acid, regardless of the concentration of phosphate is 50 mg / L ,100 mg / L ,150mg/L. The adsorption rates of benzoic acid adsorbed by calcite for 48 h and 60 h were not different between the two systems. At the same time, the adsorption rate decreased with the increase of benzoic acid concentration. This trend means that the removal of benzoic acid is accomplished by adsorption.

Keywords: calcite; benzoic acid; phosphate: adsorptio

1引言

1.1研究背景

随着社会经济的不断飞速发展，以及国内制造业、食品业等行业工业化程度的不断加深，人们对于水资源的供给需求也就日益增强。然而，随着工业化进程的推进，水体受到污染的问题也越来越严重，在众多污染物中又以有机物对水体产生的污染影响最为严重、最为广泛^[1]。尽管在受污染的水体中检测到的有机物污染物浓度很低,但是他们种类繁多且不易被降解，对人类甚至整个生态系统都会具有较大危害,如人和动物的生殖发育、神经系统和免疫系统等功能会受到影响，也会使人体产生“致癌”、“致畸”、“致突变”等效应^[2]。由于有机物难以通过水体的自净能力被分解，它们会随水体进行转移或在生物中聚集^[3]，最终通过食物链对人体产生危害^[4]。

苯甲酸别称安息香酸，是芳香酸的一种，属于弱酸并且也具有羧酸的性质。其通常以游离酸，衍生物或者酯的形式存在于自然界中。苯甲酸是重要的工业材料，可用于合成橡胶、涂料、烟草、食品、石油等工业。它也是制药和染料的中间体，可以用来制取增塑剂和香料，钢铁设备的防锈剂也用到了苯甲酸^[5]。苯甲酸之所以可以大规模进入水体并引起水体污染是由于苯甲酸及其钠盐是组成食品保鲜环节中的重要防腐剂，以及它在工业领域的所起的不可替代的主要作用^[6]。苯甲酸废水的排放对于水体所引起的污染问题是不容忽视的，所以研究废水中苯甲酸这类有机污染物的去除方法不仅能够清洁水资源缓解环境污染问题，更能够在最大程度上避免其对人类健康的威胁，这是具有重要意义的。

1.2国内外研究现状

方解石是一种白色或无色的碳酸钙矿物，它在自然界中分布较为广阔,所以容易获得，同时价格低廉。由于方解石的表面具有较强的活性，这种较强的活性促使方解石可以对受污染水体中的一些污染物质进行吸附，从而达到清洁水资源的功效^[7]。目前，国内经过实验已经得出方解石可以吸附水体中重金属离子，例如方解石可以在富磷水系中吸附铀^[8]，以及铜、铅、汞、锌、镉^[9－12]等会对人体造成危害的重金属离子，也可以与受污染水体中的一般链烃有机物发生吸附反应^[13]，还可以与芳香族污染物进行反应^[14－17]。

探究磷的存在对方解石吸附苯甲酸的影响就是先将磷酸盐溶液与方解石进行反应，得到方解石除磷后的产物，增大方解石的比表面积，再将其与目的材料相反应，研究其吸附能力。目前，国内已经有专家将加入磷酸盐后的方解石与单纯的方解石的吸附能力做了对比，并在部分吸附实验中得出结论。例如，在对于磷的去除率上，加入磷的酸盐后的方解石的去除率明显强于原始方解石。并且研究发现随着温度的升高，加入磷的酸盐后的方解石对于水中磷酸盐的去除率明显上升^[18]。

在相关的去除废水中污染物质的研究实验中，也有专家采用了对试验材料进行改性的方法，来探索改性后实验材料的吸附率变化趋势。比如，对沸石进行氯化钠改性和烘焙改性，可以在适宜条件下极大程度提高对于氨氮的吸附效果，若对沸石进行复合改性则可进一步提高沸石对氨氮的吸附性能。并且，沸石在被镧、锆改性的情况下，从原先对磷的吸附率较低转变为较高^[19]。有研究显示，磷改性γ－Al₂O₃对Cd² 的吸附量比γ－Al₂O₃明显增大^[20]。

当前，在国内使用方解石吸附有机污染物的研究不多，在这一领域，国外进行的研究较多。在以Lagerge为代表的专家的研究表示^[15]，苯甲酸处于有机溶剂的环境下其被方解石吸附的容量较为可观，若是处于有机溶剂与水混合的条件下，其吸附容量会进一步增强。苯甲酸是凭借其羧基与方解石进行吸附反应。Madsen等人的研究表明^[16]，随着液相平衡浓度的上升，苯甲酸表面垂直排列的分子会替代平行排列的分子。

目前，国内一些专家对于苯甲酸的吸附进行了部分研究。比如，使用H－103大孔树脂对苯甲酸进行动态吸附，其吸附效果良好^[21]。使用氯化钠对膨润土进行改性，在pH=4时，改性膨润土对苯甲酸进行的吸附效果表现优异^[22]。同时，也有专家使用果胶锆凝胶球对苯甲酸进行吸附，也取得了一定的成果^[23]。在已知的可吸附苯甲酸材料中，活性炭吸附性能好，但选择性差、机械强度低、使用寿命短。新型大孔吸附树脂稳定性能好、处理效率高，但是易受污染、易破碎、与处理流程复杂且价格昂贵。同时，在以往的研究实验中，研究者仅仅探索了方解石对于苯甲酸的吸附效果的研究，尚未探索用磷酸盐溶液与方解石之间的反应来进一步去除水中芳香族有机物，如苯甲酸等。因此，在本研究项目中，我们将着重研究在开放系统下不同浓度的磷的存在，对方解石吸附水中苯甲酸的影响的研究。同时根据这些实验数据，可以用合适的理论模型来进行模拟，这将为以后运用数值模型来预测计算提供很好的理论基础。当然，本项目也为以后研究磷酸盐的存在对方解石在开放系统中对其他芳香族有机物的去除影响，提供一个很好的借鉴。

1.3本课题研究的目的及内容

本文将在开放系统和无机溶液环境条件下，通过不同的实验条件，研究加入磷酸盐后的方解石对苯甲酸的吸附，主要研究内容为：

（1）研究磷酸盐与方解石反应随时间变化的规律。

（2）确定最佳时间后，探寻不同浓度的磷酸盐对方解石吸附苯甲酸的影响。

（3）研究在一定浓度的磷酸盐存在下，方解石对不同浓度苯甲酸的所产生的吸附规律。

（4）尝试选择不同体系（pH7.7和pH8.3）。

2实验材料与方法

2.1实验材料

2.1.1实验试剂及药品

实验室所需要的试剂和药品见下表2－1。

表2－1 实验化学药品表

续表2－1

2.1.2实验仪器

实验所需仪器的型号和生产厂家如表2－2所示。此外用到的仪器还有定碘烧瓶、烧杯、移液管、容量瓶、烧杯、水系滤头、针筒等。

表2－2 实验器材