新型除磷填料的制备及再生能力试验

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2023-0757

摘要/Abstract

摘要：

以沸石、粉煤灰和煤气化渣为原材料，制备一种低成本、高效的新型除磷填料，对其吸附性能以及再生能力进行探究，并对填料吸附磷前后的微观形貌、元素组成以及晶体结构等变化进行分析。研究结果表明，填料主要组成为O、Si、Ca、Al、Fe、Mg，其中Ca元素质量分数最高；吸附后填料表面变得光滑平整，EDS和XRD分析表明Ca元素在吸附过程中发挥重要作用；在磷质量浓度为50 mg/L、吸附剂投加量为14 g/L的条件下，新型除磷填料对磷的去除率达到了80%，吸附性能相较于原材料明显提高；在pH=1和pH=13的条件下，填料对磷的释放率分别为142.39%和83.26%，酸性条件的解吸效果明显优于碱性条件，表明强酸/强碱有利于磷从填料中释放出来；再生能力实验研究显示，经过4次再生后，酸性再生后的填料对磷的去除率明显低于碱性再生；在实际应用中碱性再生1~2次时，填料对磷的去除率在60%以上，具有较高的再生回用可能性。

关键词: 煤气化渣, 沸石, 粉煤灰, 吸附, 再生能力, 除磷

Abstract:

Zeolite,fly ash and coal gasification slag were used as raw materials to prepare a new type of phosphorus removal filler with low cost and high efficiency through artificial improvement, and its adsorption performance and regeneration ability were explored. The changes in the microstructure, elemental composition, and crystal structure of the filler phosphorus before and after adsorption was analyzed. The research results indicated that the main components of the filler were O, Si, Ca, Al, Fe, Mg, of which Ca had the highest mass fraction. The surface of the fillers became smooth and flat after adsorption, EDS and XRD analysis indicated that Ca played an important role in the adsorption process. Under the conditions of a phosphorus concentration of 50 mg/L and an adsorbent of 14 g/L, the new phosphorus removal filler achieved a phosphorus removal rate of 80%, and its adsorption performance was significantly improved compared with the raw materials. Under the environmental conditions of pH=1 and pH=13, the release rates of the fillers were 142.39% and 83.26% respectively. The desorption effect under acidic conditions was significantly better than that under alkaline conditions, indicating that strong acids/bases were beneficial for the release of phosphorus from the fillers. The experimental study on regeneration capacity showed that after four regenerations,the removal rate of phosphorus by the acidic regeneration filler was significantly lower than that by the alkaline regeneration filler. In practical applications of alkaline regeneration 1-2 times, the removal rate of phosphorus by the filler was over 60%, which had a high possibility of regeneration and reuse.

Key words: coal gasification slag, zeolite, fly ash, adsorption, regenerative capacity, phosphorus removal

中图分类号:

TQ424

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https://www.iwt.cn/CN/Y2024/V44/I8/140

图/表 9

图1 新型除磷填料吸附磷前后微观形态结构以及EDS能谱图

Fig.1 Microstructure of composite filler before and after phosphorus adsorption

表1 原材料与新型除磷填料元素组成 (%)

Table 1 Element composition of raw materials and new phosphorus removal fillers

材料	O	Si	Ca	Al	Fe	Mg	其他
天然沸石	47.12	26.87	0.77	5.72	1.40	0.34	17.78
粉煤灰	46.50	9.96	30.26	1.45	1.41	0.69	9.73
煤气化渣	44.82	25.99	6.19	7.15	4.11	1.69	10.05
新型除磷填料	37.23	13.87	18.48	2.45	3.45	1.26	23.26

图2 新型除磷填料吸附磷前后的XRD

Fig.2 XRD diffraction patterns before and after phosphorus adsorption on composite fillers

图3 新型除磷填料的N₂吸附-脱附等温曲线以及孔径分布

Fig.3 N₂ adsorption-desorption isotherm and pore size distribution of composite packing

表2 原材料与新型除磷填料的孔结构参数

Table 2 Pore structure parameters of raw materials and new phosphorus removal fillers

样品	S _BET/（m²·g^-1）	平均孔径/nm	孔容/（cm³·g^-1）
天然沸石	14.15	10.81	0.090
粉煤灰	9.05	9.49	0.012
煤气化渣	14.11	37.6	0.002
新型除磷填料	18.28	16.31	0.039

图4 原材料吸附性能对比

Fig.4 Comparison of adsorption performance of raw materials

图5 新型除磷填料投加量对磷吸附性能的影响

Fig.5 Effect of the dosage of composite fillers on phosphorus adsorption performance

图6 pH对新型除磷填料解吸磷的影响

Fig.6 The effect of pH on the desorption of phosphorus by novel phosphorus removal fillers

图7 再生次数对磷吸附量（a）、再生能力（b）和去除性能（c）的影响

Fig.7 The effect of regeneration frequency on phosphorus adsorption capacity（a），regeneration ability（b），and removal performance（c）

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