论文总字数：16917字

目 录

1 绪论 1

1.1.水体磷污染来源 1

1.2磷污染的危害 1

1.3 国内外常用的除磷方法 1

1.4吸附材料 2

1.5研究目的与内容 3

2实验仪器与方法 4

2.1 仪器与材料 4

2.1.1 实验仪器 4

2.1.2 实验材料 4

2.2 实验方法 4

2.2.1 改姓秸秆的制备 4

2.2.2载水合氧化铁 5

2.2.3载铁量测定 5

2.2.4季铵基改性生物质系列材料对磷酸根的吸附等温线 5

2.2.5pH对季铵基改性生物质系列材料吸附磷酸根的影响 6

2.2.6季铵基改性生物质材料对磷酸根的吸附动力学实验 6

2.2.7竞争离子对季铵基改性生物质材料吸附磷酸根的影响 6

2.3材料表征 7

3 实验结果与分析 8

4 实验结论 22

参考文献 23

致谢 25

季铵基改性生物质系列材料的制备及性能

戴海洋

.

Abstract:Phosphorus is an organism growth essential nutritional elements, but excessive amounts of phosphorus in sewage and industrial wastewater discharge can cause serious eutrophication phenomenon, cause massive death and aquatic plants and animals, algae bloom, serious damage to the ecological environment. Prevention and treatment of phosphorus pollution is crucial to creating a good ecological environment. In this paper, the adsorption method was used to selectively remove the phosphoric acid roots in water, and the low cost modified biomass materials were used as adsorbent. Using different amino reagent of straw for amino modification with different adsorption performance of modified biomass adsorbent preparation, examines the different modification methods on its adsorption performance. Firstly the etherification reaction to the introduction of the quaternary ammonium groups in straw hole surface, and then by in-situ deposition will be hydrated ferric oxide solid on amino, straw, successfully developed the quaternary ammonium modified biomass composite materials. The results showed that the adsorption effect of tripropylamine was the best. The pH experiment showed that the adsorption effect of the material in the lower pH was better. The kinetic results showed that the adsorption rate of the composite was significantly increased from 0-480 min, and the adsorption equilibrium was achieved after 480 min. In the competitive ion background system, the adsorption capacity of st-np-fe decreases with the increase of the concentration of competitive ions, and SO42 - is the most influential. This experiment provides some methods and ideas for the modification of biomass materials and the removal of phosphorus in wastewater.

Keywords: phosphorus pollution; Modified biomass materials; Amine - based reagent; The straw

1 绪论

1.1.水体磷污染来源

水体中过量的磷污染主要来自农业排水和城市污水。首先是由于农业磷肥的使用，使在土壤中积累了相当数量营养物质，它们可随农田排水流入 临近的水体。此外，饲养家畜过程所产生的废物中也含有相当数量的营养物质，有可能通过排水进入临近水体。城市污水中所含磷的主要来源是粪便、食品污物和合 成洗涤剂。尤其是合成洗涤剂，在一些高消费地区如北美的污水中 5 0％ ～7 0％的总磷来自于此。在污水处理厂，污水中很大部分的磷通过金属磷酸盐(如磷酸钙)沉淀而被除去，未除去的随排出水流人旁 边的受纳水体。在处理过程中也用到许多含磷的化学药剂，如磷酸三 钠、多聚磷酸钠等，它们也可能进入受纳水体。城镇生活污水中的磷主要来自洗涤剂，其含量占生活污水含磷量的50%^[1]。生活污水中磷的来源还有人类排泄物、生活垃圾，随污水流入水体。此外，食品加工、发酵、鱼品加工、化肥加工、洗涤剂、金属抛光等工厂的废水也含有大量的磷^[2]。

1.2磷污染的危害

随着工业化发展步伐加快， 人类环保意识不够强，且处理磷的方法有限， 这使得水体的营养负荷急剧的增加^[3],造成水体富营养化。它是一种由氮,磷等植物应用物质含量过多所引起的水质污染现象,一般分天然营养化和人为富营养化,它们的共同点在于它们都是由于水体的氮,磷等营养物质的富集,引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖,水体浑浊变色，透明度降低，水体溶解氧下降,使鱼类或者其它生物大量死亡,水质恶化。人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，也会中毒致病。但在目前的研究进展下，科技发展还不足够找到可靠的磷的替代品，因此我们必须对磷污染加以重视，对其加以处理，减小其危害。

1.3 国内外常用的除磷方法

（1）化学沉淀法。化学沉淀法在19世纪末期得到了很广泛的使用，但化学沉淀法应用条件较苛刻，受限制条件较多，导致出水不稳定，长期的运行结果表明，化学沉淀剂的加入会使得废水pH值上升，形成水垢并产生污泥。

（2）结晶法。一般养殖废水和城市污水处理厂剩余污泥处理后的上清液中含有较高浓度的磷酸盐，将其与Ca² 以及OH^-反应生成碱式磷酸钙，进而去除并回收废水中的磷^[4]。结晶法回收的磷盐纯度高, 再次利用起到环保作用。在一些发达国家，结晶除磷法发展较快，如日本利用碱液浸泡技术进行解吸附并以磷酸钠晶体的形式回收磷酸盐，磷的回收率高达80%以上^[5]。结晶法除磷虽然占地面积小，易于控制，但当大量有机物存在于污水中时，易造成除磷剂的失效，因此该方法不适用污水的深度处理^[6]。

1. 膜分离法。膜技术原理是通过膜的选择透过性将污染物和水进行分离^[7-10]。常规的膜分离技术包括超滤、纳滤、反渗透、电渗析等 ^[11,12]，膜技术回收磷盐可以用来处理特定的废水并回收纯净的磷盐^[13]。李娟娟用反渗透-Fenton联用技术处理四羟甲基季磷盐废水，解决了高浓度季磷盐废水的回收处理及达标排放的问题^[14]。但处理后浓缩的磷酸盐废水需要进行再处理 ^[15]，且膜分离的技术设备费用较高，半透膜需要进行的清洗和更换同样增加了处理费用，因此实际应用中受到制约^[16,17]。

（4）吸附法。吸附法是利用磷酸盐在吸附剂表面被富集，通过固液分离等方式去处磷酸盐^[18,19]。吸附按其吸附机理可以分为化学吸附、物理吸附、交换吸附等，吸附剂一般不与吸附质和环境介质发生化学反应，因此为了满足工业需要，经常利用活性炭、离子交换树脂等对其他物质进行吸附 ^[20]。相比于上述方法，吸附法由于在除磷过程中以其操作简捷、去除效果显著、处理费用低、二次污染少、等优点而受到广泛的关注。

1.4吸附材料

吸附剂的选择要满足以下要求^[21]:高吸附容量，高选择性，吸附速度快，抗其他离子干扰能力强，无有害物溶出，吸附剂再生容易、性能稳定，原料易得并造价低。在我们国家，秸秆量大，很容易获得，价格低廉，并且利用秸秆可以保护环境，属于环境友好型，不会对环境造成污染。但天然麦秸秆一般对污染物的吸附能力低，特别是对阴离子型污染物，基本无吸附作用，不可以直接用于对污水的去除。通过醚化反应来对小麦秸秆进行改性，再通过原位沉积法对改性秸秆固载水合氧化铁，以提高吸附剂的比表面积、增加有效官能团数量或者改变表面电荷，大大改善其吸附性能。

小麦秸秆在我国产量大,成本低且易降解。20世纪90年代国外就有人对秸秆进行研究,把秸秆作为载体,研制出改性生物质复合材料,用于工业生产和废水处理等^[22]。将农用秸秆与环氧氯丙烷和三甲胺、三乙胺、三丙胺发生交联、叔胺化反应，研制出能够高效去除水中阴离子交换剂，并对其对水中阴离子的去除效果进行了研究。农用秸秆在改性后，物理化学性质发生了很大的变化。在结构形貌方面，由于改性过程中的高温蒸煮，秸秆内部发生爆裂式膨胀，改性后秸秆表面沿纵向出现许多空腔；与改性前农用秸秆相比，改性后农用秸秆对水中磷酸根的吸附量大大增加；改性农用秸秆有较宽的投加量范围，能保证对磷酸根的良好去除效果。此外，三丙胺碳链比三乙胺和三丙胺长，带正电荷，长的电荷导致空间位阻效应大，使得铁不聚集在一起，均匀分布于改性材料表面。

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