黏土矿物在富营养化水体和底泥磷污染控制中的应用研究进展

doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2018.06.0578

地球科学进展 ›› 2018, Vol. 33 ›› Issue (6): 578 -589. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2018.06.0578

邹银洪 ^1, ²(

), 张润宇 ^1, ^*(

), 陈敬安 ¹, 王立英 ¹, 陆顶盘 ^1, ²

1.中国科学院地球化学研究所,环境地球化学国家重点实验室,贵州贵阳 550081
2.中国科学院大学,北京 100049

收稿日期:2017-11-15 修回日期:2018-05-05 出版日期:2018-06-20
通讯作者: 张润宇 E-mail:zouyinhong@vip.gyig.ac.cn;zhangrunyu@vip.gyig.ac.cn
基金资助:
*国家自然科学基金项目“黏土矿物对富营养化湖泊内源磷的钝化机制及其有机质的复合影响”(编号:41573133);贵州省应用基础研究计划重大项目“贵州典型深水型湖库水环境健康风险及综合调控理论与技术”(编号:[2015]2001)资助.

Research Advance in the Application of Clay Minerals to Phosphorus Pollution Control in Eutrophic Water Bodies and Sediments

Yinhong Zou ^1, ²( ), Runyu Zhang ^1, ^*( ), Jing’an Chen ¹, Liying Wang ¹, Dingpan Lu ^1, ²

1.State Key Laboratory of Environmental Geochemistry, Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guiyang 550081, China
2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Received:2017-11-15 Revised:2018-05-05 Online:2018-06-20 Published:2018-07-23
Contact: Runyu Zhang E-mail:zouyinhong@vip.gyig.ac.cn;zhangrunyu@vip.gyig.ac.cn
About author:
First author:Zou Yinhong(1987-),male,Zunyi City,Guizhou Province,Master student. Research areas include water pollution control. E-mail:zouyinhong@vip.gyig.ac.cn
Supported by:
Project supported by the National Natural Science Foundation of China “Inactivation mechanisms of internal—P loading of eutrophic lake using clay minerals and the combined impact of organic matter” (No.41573133);The Science and Technology Project of Guizhou Province “Water environmental health risks and integrated control theory and technology of typical deep-water lakes and reservoirs in Guizhou Province”(No.[2015]2001).

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水体富营养化已成为当今全球亟待解决的重大环境问题之一。磷是造成淡水湖库富营养化的主要限制因子,其过量输入不仅导致浮游藻类的异常增殖及湖水溶解氧和透明度的显著降低,而且衍生的藻毒素、嗅味物质对生态系统和人类健康造成严重危害。当湖库外源磷输入得到有效遏制后,水体与底泥中内负荷磷的污染控制直接决定着富营养化的治理成效。黏土矿物是一类在自然界中广泛分布的非金属矿藏资源,具备孔隙多、比表面积大、优良的表面吸附和离子交换等性能,近年来在生态环境修复与治理领域备受关注。简述黏土矿物的主要类型及其理化特性,归纳了典型黏土矿物的不同改性方法及其优缺点,概括了黏土矿物应用在富营养化水体和底泥磷污染控制中的最新研究成果,重点探讨了黏土矿物的除磷机理、关键影响因子以及潜在的生态环境影响,在此基础上对未来的研究方向予以展望。

关键词: 富营养化, 磷, 化学钝化, 黏土矿物, 改性

Eutrophication has become a major global environmental concern. As the main factor responsible for freshwater lakes and reservoirs eutrophication, the excessive input of phosphorus (P) initiates phytoplankton blooms as well as the significant reduction in dissolved oxygen and transparency in lake, thus secreting algae toxins and derived odor substances which seriously threaten the ecosystem and human life. When the external inputs are effectively curbed, the control of internal-P loading including eutrophic water and sediment directly determines the effectiveness of eutrophication. Clay minerals are a kind of nonmetallic mineral resources widely distributed in nature. It has been extensively applied in ecological environment restoration and management in recent years, ascribing to its large specific surface area, porosity and the excellent surface adsorption and ion exchange performance. This paper introduced the main types of clay minerals and their physicochemical characteristics, summarized the advantages and disadvantages of different modification methods on typical clay minerals, presented the latest research results of its application in P control of eutrophic water and sediment, discussed the factors influencing the mechanism of P removal and their potential ecological environment impact, and pointed out the future research direction.

Key words: Eutrophication, Phosphorus, Chemical inactivation, Clay minerals, Modification.

中图分类号:

表1 蒙脱石的改性方法及其优缺点

Table 1 Modification methods of montmorillonite and their advantages and disadvantages

改性方法	改性机理	优点	缺点	参考文献
酸改性	通过加酸浸泡,蒙脱石层间的金属阳离子溶出,使得其孔道得到疏通,有利于吸附质分子的扩散,电离出来的H⁺还可以置换出层间的金属阳离子,从而减弱层间作用力,永久性负电荷增多	增大了内部孔结构容积,提高吸附性能	吸附效果受酸的浓度控制	[23]
盐改性	利用蒙脱石的膨胀性和层间阳离子可交换性的特点,通过使无机金属阳离子水解产生的金属羟基阳离子进入蒙脱石层间来置换出可交换阳离子	增大比表面积、稳定性增强,吸附性增强,有效、可回收重复利用	过量使用会引起水体pH值过高,对生物体造成严重危害	[7,24~28]
热改性	蒙脱石在高温煅烧下依次失去表面水、骨架结构中的结合水	孔隙率增加,结构更为疏松,吸附性能得到一定改善	不详	[29]
有机改性	如有机长链烷基季铵盐对蒙脱石表面改性或有机硅烷偶联剂对蒙脱石表面羟基进行嫁接改性	增强蒙脱石亲有机性、比表面积、稳定性和吸附能力,且吸附剂具有一定的再生性	稳定性差,会造成水体二次污染	[30,31]
复合改性	将有机组分(如长链烷基季铵盐、有机硅烷偶联剂)与无机阳离子(如铁、铝)通过化学方法嫁接负载在蒙脱石表面	复合改性后的蒙脱石具有亲有机性且更稳定,更加环保	在实际应用中可能受其他污染物干扰,影响其吸附率	[31,32]

表1 蒙脱石的改性方法及其优缺点

Table 1 Modification methods of montmorillonite and their advantages and disadvantages

改性方法	改性机理	优点	缺点	参考文献
酸改性	通过加酸浸泡,蒙脱石层间的金属阳离子溶出,使得其孔道得到疏通,有利于吸附质分子的扩散,电离出来的H⁺还可以置换出层间的金属阳离子,从而减弱层间作用力,永久性负电荷增多	增大了内部孔结构容积,提高吸附性能	吸附效果受酸的浓度控制	[23]
盐改性	利用蒙脱石的膨胀性和层间阳离子可交换性的特点,通过使无机金属阳离子水解产生的金属羟基阳离子进入蒙脱石层间来置换出可交换阳离子	增大比表面积、稳定性增强,吸附性增强,有效、可回收重复利用	过量使用会引起水体pH值过高,对生物体造成严重危害	[7,24~28]
热改性	蒙脱石在高温煅烧下依次失去表面水、骨架结构中的结合水	孔隙率增加,结构更为疏松,吸附性能得到一定改善	不详	[29]
有机改性	如有机长链烷基季铵盐对蒙脱石表面改性或有机硅烷偶联剂对蒙脱石表面羟基进行嫁接改性	增强蒙脱石亲有机性、比表面积、稳定性和吸附能力,且吸附剂具有一定的再生性	稳定性差,会造成水体二次污染	[30,31]
复合改性	将有机组分(如长链烷基季铵盐、有机硅烷偶联剂)与无机阳离子(如铁、铝)通过化学方法嫁接负载在蒙脱石表面	复合改性后的蒙脱石具有亲有机性且更稳定,更加环保	在实际应用中可能受其他污染物干扰,影响其吸附率	[31,32]

表1 蒙脱石的改性方法及其优缺点

Table 1 Modification methods of montmorillonite and their advantages and disadvantages

改性方法	改性机理	优点	缺点	参考文献
酸改性	通过加酸浸泡,蒙脱石层间的金属阳离子溶出,使得其孔道得到疏通,有利于吸附质分子的扩散,电离出来的H⁺还可以置换出层间的金属阳离子,从而减弱层间作用力,永久性负电荷增多	增大了内部孔结构容积,提高吸附性能	吸附效果受酸的浓度控制	[23]
盐改性	利用蒙脱石的膨胀性和层间阳离子可交换性的特点,通过使无机金属阳离子水解产生的金属羟基阳离子进入蒙脱石层间来置换出可交换阳离子	增大比表面积、稳定性增强,吸附性增强,有效、可回收重复利用	过量使用会引起水体pH值过高,对生物体造成严重危害	[7,24~28]
热改性	蒙脱石在高温煅烧下依次失去表面水、骨架结构中的结合水	孔隙率增加,结构更为疏松,吸附性能得到一定改善	不详	[29]
有机改性	如有机长链烷基季铵盐对蒙脱石表面改性或有机硅烷偶联剂对蒙脱石表面羟基进行嫁接改性	增强蒙脱石亲有机性、比表面积、稳定性和吸附能力,且吸附剂具有一定的再生性	稳定性差,会造成水体二次污染	[30,31]
复合改性	将有机组分(如长链烷基季铵盐、有机硅烷偶联剂)与无机阳离子(如铁、铝)通过化学方法嫁接负载在蒙脱石表面	复合改性后的蒙脱石具有亲有机性且更稳定,更加环保	在实际应用中可能受其他污染物干扰,影响其吸附率	[31,32]

表1 蒙脱石的改性方法及其优缺点

Table 1 Modification methods of montmorillonite and their advantages and disadvantages

改性方法	改性机理	优点	缺点	参考文献
酸改性	通过加酸浸泡,蒙脱石层间的金属阳离子溶出,使得其孔道得到疏通,有利于吸附质分子的扩散,电离出来的H⁺还可以置换出层间的金属阳离子,从而减弱层间作用力,永久性负电荷增多	增大了内部孔结构容积,提高吸附性能	吸附效果受酸的浓度控制	[23]
盐改性	利用蒙脱石的膨胀性和层间阳离子可交换性的特点,通过使无机金属阳离子水解产生的金属羟基阳离子进入蒙脱石层间来置换出可交换阳离子	增大比表面积、稳定性增强,吸附性增强,有效、可回收重复利用	过量使用会引起水体pH值过高,对生物体造成严重危害	[7,24~28]
热改性	蒙脱石在高温煅烧下依次失去表面水、骨架结构中的结合水	孔隙率增加,结构更为疏松,吸附性能得到一定改善	不详	[29]
有机改性	如有机长链烷基季铵盐对蒙脱石表面改性或有机硅烷偶联剂对蒙脱石表面羟基进行嫁接改性	增强蒙脱石亲有机性、比表面积、稳定性和吸附能力,且吸附剂具有一定的再生性	稳定性差,会造成水体二次污染	[30,31]
复合改性	将有机组分(如长链烷基季铵盐、有机硅烷偶联剂)与无机阳离子(如铁、铝)通过化学方法嫁接负载在蒙脱石表面	复合改性后的蒙脱石具有亲有机性且更稳定,更加环保	在实际应用中可能受其他污染物干扰,影响其吸附率	[31,32]

表2 凹凸棒石的改性方法及其优缺点

Table 2 Modification methods of attapulgite and their advantages and disadvantages

改性方法	改性机理	优点	缺点	参考文献
热改性	通过高温焙烧可以蒸发凹凸棒土中的几种形态水(孔道吸附水、结晶水和表面吸附水)	增大比表面积,提高吸附效果	加热需要消耗较多的热量,成本高	[14,33,34]
酸改性	经酸浸泡后的凹凸棒土内部四面体与八面体结构部分溶解。同时,半径较小的H⁺会置换出层间的 K⁺,Na⁺,Mg²⁺和 Fe³⁺等	改变凹凸棒土胶体的带电性和吸附活性,提高吸附性能	酸浓度过高易破坏凹凸棒土的结构	[17,35,36]
碱改性	在碱液条件下,凹凸棒土末端的Si液中四面体溶解速度大于Mg²⁺,Al³⁺和Fe³⁺的溶解速度,形成无定形态的MgO和FeO_x的聚集	比表面积增大,吸附性能增强	除磷效率低,吸附时间较长	[36,37]
盐改性	通过离子交换置换凹凸棒土层间直径较大的离子来扩大孔径	比表面积增大,吸附性能增强	不详	[38,39]
有机改性	通过以大分子量的有机基团取代凹凸棒土表面存在的可交换阳离子以及晶格内的部分结晶水和吸附水,从而在凹凸棒土表面接枝含氨基或羧基的大分子有机物	吸附性能好、选择性好、时间短、除磷效率高	改性方法过程复杂, 成本较高	[40,41]

表2 凹凸棒石的改性方法及其优缺点

Table 2 Modification methods of attapulgite and their advantages and disadvantages

改性方法	改性机理	优点	缺点	参考文献
热改性	通过高温焙烧可以蒸发凹凸棒土中的几种形态水(孔道吸附水、结晶水和表面吸附水)	增大比表面积,提高吸附效果	加热需要消耗较多的热量,成本高	[14,33,34]
酸改性	经酸浸泡后的凹凸棒土内部四面体与八面体结构部分溶解。同时,半径较小的H⁺会置换出层间的 K⁺,Na⁺,Mg²⁺和 Fe³⁺等	改变凹凸棒土胶体的带电性和吸附活性,提高吸附性能	酸浓度过高易破坏凹凸棒土的结构	[17,35,36]
碱改性	在碱液条件下,凹凸棒土末端的Si液中四面体溶解速度大于Mg²⁺,Al³⁺和Fe³⁺的溶解速度,形成无定形态的MgO和FeO_x的聚集	比表面积增大,吸附性能增强	除磷效率低,吸附时间较长	[36,37]
盐改性	通过离子交换置换凹凸棒土层间直径较大的离子来扩大孔径	比表面积增大,吸附性能增强	不详	[38,39]
有机改性	通过以大分子量的有机基团取代凹凸棒土表面存在的可交换阳离子以及晶格内的部分结晶水和吸附水,从而在凹凸棒土表面接枝含氨基或羧基的大分子有机物	吸附性能好、选择性好、时间短、除磷效率高	改性方法过程复杂, 成本较高	[40,41]

表2 凹凸棒石的改性方法及其优缺点

Table 2 Modification methods of attapulgite and their advantages and disadvantages

改性方法	改性机理	优点	缺点	参考文献
热改性	通过高温焙烧可以蒸发凹凸棒土中的几种形态水(孔道吸附水、结晶水和表面吸附水)	增大比表面积,提高吸附效果	加热需要消耗较多的热量,成本高	[14,33,34]
酸改性	经酸浸泡后的凹凸棒土内部四面体与八面体结构部分溶解。同时,半径较小的H⁺会置换出层间的 K⁺,Na⁺,Mg²⁺和 Fe³⁺等	改变凹凸棒土胶体的带电性和吸附活性,提高吸附性能	酸浓度过高易破坏凹凸棒土的结构	[17,35,36]
碱改性	在碱液条件下,凹凸棒土末端的Si液中四面体溶解速度大于Mg²⁺,Al³⁺和Fe³⁺的溶解速度,形成无定形态的MgO和FeO_x的聚集	比表面积增大,吸附性能增强	除磷效率低,吸附时间较长	[36,37]
盐改性	通过离子交换置换凹凸棒土层间直径较大的离子来扩大孔径	比表面积增大,吸附性能增强	不详	[38,39]
有机改性	通过以大分子量的有机基团取代凹凸棒土表面存在的可交换阳离子以及晶格内的部分结晶水和吸附水,从而在凹凸棒土表面接枝含氨基或羧基的大分子有机物	吸附性能好、选择性好、时间短、除磷效率高	改性方法过程复杂, 成本较高	[40,41]

表2 凹凸棒石的改性方法及其优缺点

Table 2 Modification methods of attapulgite and their advantages and disadvantages

改性方法	改性机理	优点	缺点	参考文献
热改性	通过高温焙烧可以蒸发凹凸棒土中的几种形态水(孔道吸附水、结晶水和表面吸附水)	增大比表面积,提高吸附效果	加热需要消耗较多的热量,成本高	[14,33,34]
酸改性	经酸浸泡后的凹凸棒土内部四面体与八面体结构部分溶解。同时,半径较小的H⁺会置换出层间的 K⁺,Na⁺,Mg²⁺和 Fe³⁺等	改变凹凸棒土胶体的带电性和吸附活性,提高吸附性能	酸浓度过高易破坏凹凸棒土的结构	[17,35,36]
碱改性	在碱液条件下,凹凸棒土末端的Si液中四面体溶解速度大于Mg²⁺,Al³⁺和Fe³⁺的溶解速度,形成无定形态的MgO和FeO_x的聚集	比表面积增大,吸附性能增强	除磷效率低,吸附时间较长	[36,37]
盐改性	通过离子交换置换凹凸棒土层间直径较大的离子来扩大孔径	比表面积增大,吸附性能增强	不详	[38,39]
有机改性	通过以大分子量的有机基团取代凹凸棒土表面存在的可交换阳离子以及晶格内的部分结晶水和吸附水,从而在凹凸棒土表面接枝含氨基或羧基的大分子有机物	吸附性能好、选择性好、时间短、除磷效率高	改性方法过程复杂, 成本较高	[40,41]

表3 氧化铁矿物的改性方法及其优缺点

Table 3 Modification methods of iron oxide minerals and their advantages and disadvantages

吸附剂	制备过程	优点	缺点	参考文献
石英砂负载氧化铁	筛取粒度较小的石英砂滤料,先用浓盐酸溶液浸泡后,洗净烘干。按一定比例将Fe(NO₃)·9H₂O溶于双蒸水,与洗净后的石英砂均匀混合,烘干,冷却后,用双蒸水洗去未负载的氧化铁颗粒,直至中性,烘干备用	对磷的吸附效果好,并解决粉末吸附剂难以回收的问题	不详	[42,43]
水合氧化铁	将氨水溶液与三氯化铁溶液均匀混合,所得沉淀用去离子水反复洗涤至中性,再将沉淀物烘干至质量恒定,碾成粉末状,得到固体水合氧化铁吸附剂样品	对磷酸根有较强的吸附能力,并且制备方法简单、材料价格低廉、且无生态毒性	pH值及反应时间影响其吸附性能	[44,45]
羟基氧化铁	将三价铁盐与羟基混合,形成原位水解生成的羟基氧化铁	比表面积大,有利于磷的吸附	吸附剂多为粉末状,固液分离难,不利于磷的回收及吸附剂的再生	[46~48]
沸石负载氧化铁	用稀盐酸浸泡沸石,冲洗至中性,烘干。按一定比例将Fe(NO₃)₃溶解于超纯水中,并与预处理的沸石混合均匀,烘干。再将负载后的沸石清洗至中性,烘干备用	除磷性能好、容易再生和价格低廉等优点	pH值影响其吸附性能	[49]
铁锰复合氧化物	将铁盐与高锰酸钾在碱性条件下混合,便可获得铁锰复合氧化物	比表面积增大,对磷的吸附性能较好	吸附效果受共存离子及pH值的影响	[50,51]

表3 氧化铁矿物的改性方法及其优缺点

Table 3 Modification methods of iron oxide minerals and their advantages and disadvantages

吸附剂	制备过程	优点	缺点	参考文献
石英砂负载氧化铁	筛取粒度较小的石英砂滤料,先用浓盐酸溶液浸泡后,洗净烘干。按一定比例将Fe(NO₃)·9H₂O溶于双蒸水,与洗净后的石英砂均匀混合,烘干,冷却后,用双蒸水洗去未负载的氧化铁颗粒,直至中性,烘干备用	对磷的吸附效果好,并解决粉末吸附剂难以回收的问题	不详	[42,43]
水合氧化铁	将氨水溶液与三氯化铁溶液均匀混合,所得沉淀用去离子水反复洗涤至中性,再将沉淀物烘干至质量恒定,碾成粉末状,得到固体水合氧化铁吸附剂样品	对磷酸根有较强的吸附能力,并且制备方法简单、材料价格低廉、且无生态毒性	pH值及反应时间影响其吸附性能	[44,45]
羟基氧化铁	将三价铁盐与羟基混合,形成原位水解生成的羟基氧化铁	比表面积大,有利于磷的吸附	吸附剂多为粉末状,固液分离难,不利于磷的回收及吸附剂的再生	[46~48]
沸石负载氧化铁	用稀盐酸浸泡沸石,冲洗至中性,烘干。按一定比例将Fe(NO₃)₃溶解于超纯水中,并与预处理的沸石混合均匀,烘干。再将负载后的沸石清洗至中性,烘干备用	除磷性能好、容易再生和价格低廉等优点	pH值影响其吸附性能	[49]
铁锰复合氧化物	将铁盐与高锰酸钾在碱性条件下混合,便可获得铁锰复合氧化物	比表面积增大,对磷的吸附性能较好	吸附效果受共存离子及pH值的影响	[50,51]

表3 氧化铁矿物的改性方法及其优缺点

Table 3 Modification methods of iron oxide minerals and their advantages and disadvantages

吸附剂	制备过程	优点	缺点	参考文献
石英砂负载氧化铁	筛取粒度较小的石英砂滤料,先用浓盐酸溶液浸泡后,洗净烘干。按一定比例将Fe(NO₃)·9H₂O溶于双蒸水,与洗净后的石英砂均匀混合,烘干,冷却后,用双蒸水洗去未负载的氧化铁颗粒,直至中性,烘干备用	对磷的吸附效果好,并解决粉末吸附剂难以回收的问题	不详	[42,43]
水合氧化铁	将氨水溶液与三氯化铁溶液均匀混合,所得沉淀用去离子水反复洗涤至中性,再将沉淀物烘干至质量恒定,碾成粉末状,得到固体水合氧化铁吸附剂样品	对磷酸根有较强的吸附能力,并且制备方法简单、材料价格低廉、且无生态毒性	pH值及反应时间影响其吸附性能	[44,45]
羟基氧化铁	将三价铁盐与羟基混合,形成原位水解生成的羟基氧化铁	比表面积大,有利于磷的吸附	吸附剂多为粉末状,固液分离难,不利于磷的回收及吸附剂的再生	[46~48]
沸石负载氧化铁	用稀盐酸浸泡沸石,冲洗至中性,烘干。按一定比例将Fe(NO₃)₃溶解于超纯水中,并与预处理的沸石混合均匀,烘干。再将负载后的沸石清洗至中性,烘干备用	除磷性能好、容易再生和价格低廉等优点	pH值影响其吸附性能	[49]
铁锰复合氧化物	将铁盐与高锰酸钾在碱性条件下混合,便可获得铁锰复合氧化物	比表面积增大,对磷的吸附性能较好	吸附效果受共存离子及pH值的影响	[50,51]

表3 氧化铁矿物的改性方法及其优缺点

Table 3 Modification methods of iron oxide minerals and their advantages and disadvantages

吸附剂	制备过程	优点	缺点	参考文献
石英砂负载氧化铁	筛取粒度较小的石英砂滤料,先用浓盐酸溶液浸泡后,洗净烘干。按一定比例将Fe(NO₃)·9H₂O溶于双蒸水,与洗净后的石英砂均匀混合,烘干,冷却后,用双蒸水洗去未负载的氧化铁颗粒,直至中性,烘干备用	对磷的吸附效果好,并解决粉末吸附剂难以回收的问题	不详	[42,43]
水合氧化铁	将氨水溶液与三氯化铁溶液均匀混合,所得沉淀用去离子水反复洗涤至中性,再将沉淀物烘干至质量恒定,碾成粉末状,得到固体水合氧化铁吸附剂样品	对磷酸根有较强的吸附能力,并且制备方法简单、材料价格低廉、且无生态毒性	pH值及反应时间影响其吸附性能	[44,45]
羟基氧化铁	将三价铁盐与羟基混合,形成原位水解生成的羟基氧化铁	比表面积大,有利于磷的吸附	吸附剂多为粉末状,固液分离难,不利于磷的回收及吸附剂的再生	[46~48]
沸石负载氧化铁	用稀盐酸浸泡沸石,冲洗至中性,烘干。按一定比例将Fe(NO₃)₃溶解于超纯水中,并与预处理的沸石混合均匀,烘干。再将负载后的沸石清洗至中性,烘干备用	除磷性能好、容易再生和价格低廉等优点	pH值影响其吸附性能	[49]
铁锰复合氧化物	将铁盐与高锰酸钾在碱性条件下混合,便可获得铁锰复合氧化物	比表面积增大,对磷的吸附性能较好	吸附效果受共存离子及pH值的影响	[50,51]

表4 氧化铝矿物的改性方法及其优缺点

Table 4 Modification methods of alumina mineral and their advantages and disadvantages

吸附剂	制备过程	优点	缺点	参考文献
活性氧化铝	将铝矾土原料经化学处理除杂而制得氧化铝原料,Al₂O₃含量达到高纯级别,将活性氧化铝粉碎,放入烘箱中,烘干后,放入干燥器中冷却至室温备用	比表面积大、吸附性能佳,且高温和酸性条件有利于对磷的去除	在碱性和低温条件,不利于对磷的去除,且运行成本高	[52~54]
盐改性活性氧化铝	向质量浓度为10%的Al₂(SO₄)₃或Na₂SO₄溶液中加入粉末状γ-Al₂O₃,在常温下振荡、静置后,用纯水冲洗,烘干备用	吸附除磷效果比未经改性的更佳	受吸附剂用量和温度的影响	[22,55]
磁改性氧化铝	将AlCl₃溶液倒入硅包被磁铁矿中,以NaOH溶液调节pH至弱碱性(磁分离)后,清洗风干,研磨备用	比表面积增大,有利于磷的吸附,吸附剂可反复利用	受离子竞争和表面水和氧化铝影响	[56,57]
铁铝氧化物复合剂	凝胶蒸发法:将Fe(NO₃)·9H₂O和Al(NO₃)·9H₂O与乙二醇以1∶ 3的比例混合溶解,用磁力搅拌加热器以90 ℃蒸发溶剂,硝酸乙二醇自燃产生泡沫,最后得到松散的粉末,焙烧后备用	吸附性能优,不受水体共存离子的影响	铝延缓了合成化合物的晶度	[58,59]

表4 氧化铝矿物的改性方法及其优缺点

Table 4 Modification methods of alumina mineral and their advantages and disadvantages

吸附剂	制备过程	优点	缺点	参考文献
活性氧化铝	将铝矾土原料经化学处理除杂而制得氧化铝原料,Al₂O₃含量达到高纯级别,将活性氧化铝粉碎,放入烘箱中,烘干后,放入干燥器中冷却至室温备用	比表面积大、吸附性能佳,且高温和酸性条件有利于对磷的去除	在碱性和低温条件,不利于对磷的去除,且运行成本高	[52~54]
盐改性活性氧化铝	向质量浓度为10%的Al₂(SO₄)₃或Na₂SO₄溶液中加入粉末状γ-Al₂O₃,在常温下振荡、静置后,用纯水冲洗,烘干备用	吸附除磷效果比未经改性的更佳	受吸附剂用量和温度的影响	[22,55]
磁改性氧化铝	将AlCl₃溶液倒入硅包被磁铁矿中,以NaOH溶液调节pH至弱碱性(磁分离)后,清洗风干,研磨备用	比表面积增大,有利于磷的吸附,吸附剂可反复利用	受离子竞争和表面水和氧化铝影响	[56,57]
铁铝氧化物复合剂	凝胶蒸发法:将Fe(NO₃)·9H₂O和Al(NO₃)·9H₂O与乙二醇以1∶ 3的比例混合溶解,用磁力搅拌加热器以90 ℃蒸发溶剂,硝酸乙二醇自燃产生泡沫,最后得到松散的粉末,焙烧后备用	吸附性能优,不受水体共存离子的影响	铝延缓了合成化合物的晶度	[58,59]

表4 氧化铝矿物的改性方法及其优缺点

Table 4 Modification methods of alumina mineral and their advantages and disadvantages

吸附剂	制备过程	优点	缺点	参考文献
活性氧化铝	将铝矾土原料经化学处理除杂而制得氧化铝原料,Al₂O₃含量达到高纯级别,将活性氧化铝粉碎,放入烘箱中,烘干后,放入干燥器中冷却至室温备用	比表面积大、吸附性能佳,且高温和酸性条件有利于对磷的去除	在碱性和低温条件,不利于对磷的去除,且运行成本高	[52~54]
盐改性活性氧化铝	向质量浓度为10%的Al₂(SO₄)₃或Na₂SO₄溶液中加入粉末状γ-Al₂O₃,在常温下振荡、静置后,用纯水冲洗,烘干备用	吸附除磷效果比未经改性的更佳	受吸附剂用量和温度的影响	[22,55]
磁改性氧化铝	将AlCl₃溶液倒入硅包被磁铁矿中,以NaOH溶液调节pH至弱碱性(磁分离)后,清洗风干,研磨备用	比表面积增大,有利于磷的吸附,吸附剂可反复利用	受离子竞争和表面水和氧化铝影响	[56,57]
铁铝氧化物复合剂	凝胶蒸发法:将Fe(NO₃)·9H₂O和Al(NO₃)·9H₂O与乙二醇以1∶ 3的比例混合溶解,用磁力搅拌加热器以90 ℃蒸发溶剂,硝酸乙二醇自燃产生泡沫,最后得到松散的粉末,焙烧后备用	吸附性能优,不受水体共存离子的影响	铝延缓了合成化合物的晶度	[58,59]

表4 氧化铝矿物的改性方法及其优缺点

Table 4 Modification methods of alumina mineral and their advantages and disadvantages

吸附剂	制备过程	优点	缺点	参考文献
活性氧化铝	将铝矾土原料经化学处理除杂而制得氧化铝原料,Al₂O₃含量达到高纯级别,将活性氧化铝粉碎,放入烘箱中,烘干后,放入干燥器中冷却至室温备用	比表面积大、吸附性能佳,且高温和酸性条件有利于对磷的去除	在碱性和低温条件,不利于对磷的去除,且运行成本高	[52~54]
盐改性活性氧化铝	向质量浓度为10%的Al₂(SO₄)₃或Na₂SO₄溶液中加入粉末状γ-Al₂O₃,在常温下振荡、静置后,用纯水冲洗,烘干备用	吸附除磷效果比未经改性的更佳	受吸附剂用量和温度的影响	[22,55]
磁改性氧化铝	将AlCl₃溶液倒入硅包被磁铁矿中,以NaOH溶液调节pH至弱碱性(磁分离)后,清洗风干,研磨备用	比表面积增大,有利于磷的吸附,吸附剂可反复利用	受离子竞争和表面水和氧化铝影响	[56,57]
铁铝氧化物复合剂	凝胶蒸发法:将Fe(NO₃)·9H₂O和Al(NO₃)·9H₂O与乙二醇以1∶ 3的比例混合溶解,用磁力搅拌加热器以90 ℃蒸发溶剂,硝酸乙二醇自燃产生泡沫,最后得到松散的粉末,焙烧后备用	吸附性能优,不受水体共存离子的影响	铝延缓了合成化合物的晶度	[58,59]

图1 锁磷剂的除磷机理示意图

Fig.1 Schematic diagram of P control mechanism of Phoslock

图1 锁磷剂的除磷机理示意图

Fig.1 Schematic diagram of P control mechanism of Phoslock

图2 凹凸棒石的除磷机理示意图 ^{[

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Fig.2 Schematic diagram of P control mechanism of NCAP700 ^{[

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图3 金属氧化物除磷机理示意图 ^{[

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Fig.3 Schematic diagram of P control mechanism of metal oxides ^{[

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