摘要：为了制备高性能的SiO2基复合吸附剂，本文对不同液固比、硝酸浓度、反应时间、搅拌速度和反应温度下吸附剂的磷吸附率进行分析，确定SiO2基复合吸附剂最佳制备工艺参数。通过实验得出，黄磷炉渣主要成分为CaO，占比最多粒径为25.67μm，内部为非晶体结构。当液固比为10∶1、硝酸体积分数为18%、反应时间为60 min，搅拌速度为300 r/min、反应温度为70℃,镧改性SiO2基复合吸附剂吸附性能最佳，吸附率为79.97%。上述研究为制备高吸附率的绿色环保吸附剂提供参考。

　　关键词：黄磷炉渣；SiO2基复合吸收剂；制备工艺；磁吸附性能

　　0引言

　　据《2023年中国水资源公报》显示，国内生活用水和工业用水总量越来越多，大量产生的不合格废水和污水流入江河湖泊中，导致水体被严重污染[1-3]。水体富营养化成为水体污染的主要问题之一，目前常用的污水除磷方法包括化学沉淀法、结晶法、吸附法、电解法等[4-6]。吸附法具有适用范围广、不受磷浓度限制、工艺简单等优点广泛应用于水污染处理中[7-11]。黄磷炉渣是一种产量较大的工业固体废弃物，可以将其进行二次处理制备成除磷吸附剂，有效提升其应用范围。鉴于此，本文利用酸浸法将黄磷炉渣制备成SiO2基体高效吸附剂，分析不同因素对吸附剂磁吸附性能的影响，以确定SiO2基复合吸附剂的制备工艺，对国内绿色经济和可持续发展具有重要支撑意义。

　　1实验概况

　　1.1元素组成

　　黄磷炉渣原材料来自贵州贵阳某黄磷电厂，利用元素分析仪对该类型炉渣进行组分分析，测试结果如表1所示。由表1可知，黄磷炉渣的主要成分为CaO，其质量分数为50.4%；占比最少的是Fe2O3，仅为0.76%。

　　1.2粒径分析

　　利用粒度测试仪对黄磷炉渣粒径进行测试，获取黄磷炉渣粒径频度图分布如图1所示。由图1可知，黄磷炉渣粒径分布范围为1.21 111.2μm，占比最多的是25.67μm，达到4.25%。

　　1.3黄磷炉渣XRD分析

　　采用X-射线衍射谱仪对黄磷炉渣进行内部晶体结构表征进行分析可知，黄磷炉渣相对强度随粒径曲线中存在显著的峰状结构，其中散射谱图中衍射角20。～35。间存在显著的峰状，即无定形物质特有峰，这说明了黄磷炉渣内部为非晶体结构。

　　2不同因素对黄磷炉渣基复合吸附剂磷吸附效果的影响

　　为制备高性能黄磷炉渣基复合吸附剂，分析了黄磷炉渣制备SiO2基材料过程中液固比（8∶1、9∶1、10∶1、11∶1、12∶1）、硝酸浓度（12%、14%、16%、18%、20%）、反应时间（30、60、90、120、150 min）、搅拌速度（100、200、300、400、500 r/min）和反应温度（25、40、55、70、90℃)等对吸附剂磷吸附率的影响。

　　2.1液固比对磷吸附效果的影响

　　首先，称取30 g黄磷炉渣，按液固比为8∶1、9∶1、10∶1、11∶1、12∶1分别将黄磷炉渣加入硝酸溶液中，设置搅拌速度300 r/min，搅拌温度为70℃,搅拌时间为60 min后利用循环水式多用真空泵进行抽滤，而后对滤渣进行烘干、研磨获取不同类型的SiO2基体；然后将制备的SiO基体材料倒入LaCl溶液中搅拌5 min后，利用NaOH溶液将pH调节至11后继续反应2 h后，对滤渣进行烘干和研磨制备镧改性SiO2基复合吸附剂。

　　将所制的镧改性SiO2掺入KH2PO4溶液中反应60 min后利用0.22μm滤膜对反应溶液进行过滤，然后利用钼酸铵分光光度法测试溶液吸光度进而计算磷吸附率，不同液固比下制备的吸附材料磷吸收率计算结果如图2所示。由图2可知，镧改性SiO2基复合吸附剂的磷吸收率随着液固比的增加表现为先增加后降低的趋势。这是由于液固比较低时，溶液中的硝酸含量少难以取出黄磷炉渣中的杂质使得吸附率较低；随着液固比增加，硝酸含量增加，进而提升其吸附率；但是当液固比超过10:1后，由于硝酸浓度过高，破坏了吸附剂中的孔道结构，反而降低了吸附剂的吸附率。故吸附率最佳的液固比为10:1，吸附率为79.81%，比液固比8:1时的吸附率高了11.2%；比液固比12:1时的吸附率高了6.6%。

　　2.2硝酸浓度对磷吸附效果的影响

　　按照液固比10:1将黄磷炉渣掺入不同体积分数（12%、14%、16%、18%、20%）的硝酸溶液中，采用前述相同的方法制得镧改性SiO2基复合吸附剂，并测试不同硝酸浓度下的磷吸附率结果，如图3所示。由图3可知，随着硝酸浓度的增加，吸附率呈现出先线性增加后逐渐稳定的趋势。这是由于低硝酸浓度下，吸附剂中杂质较多，阻碍了吸附剂对磷的吸附。当硝酸体积分数超过18%时，磷吸附率基本稳定在79.95%，比硝酸体积分数为11%条件下磷吸附率提升了7.6%。故最佳的硝酸体积分数为18%。

　　2.3反应时间对磷吸附效果的影响

　　将一定质量的黄磷炉渣按固液比10:1掺入18%的硝酸溶液中，利用上述制备工艺步骤分别搅拌30、60、90、120、150 min后利用循环水式多用真空泵进行过滤后干燥、研磨制备吸附材料后进行吸附率的测试，图4呈现了反应时间对磷吸附率的影响。由图4可知，随着反应时间的增加，磷吸附率呈现先增加（低于60 min）后下降（超过60 min）的趋势。当反应时间为60 min时，磷吸附率达到峰值，磷吸附率为80.04%；当反应时间达到150 min时，磷吸附率为67.39%，降低了15%。这是由于，反应时间较短时，黄磷炉渣内部的杂质未完全溶解，但随着反应时间的持续增加，溶解的钙镁元素与二氧化硅反应生成了堵塞吸附材料孔道的沉淀，反而抑制了吸附效率。故最佳的反应时间为60 min。

　　2.4搅拌速度对磷吸附效果的影响

　　将一定质量的黄磷炉渣按固液比10:1掺入18%的硝酸溶液中，利用上述制备工艺步骤分别以100、200、300、400、500 r/min的转速搅拌60 min后利用真空泵进行过滤、干燥、研磨制备吸附材料，图5为搅拌速度对复合吸附剂磷吸附率的影响。由图5可知，随着搅拌速度的增加，磷吸附率呈现先线性增加（低于300 r/min）后下降的趋势。当搅拌速度为300 r/min时，磷吸附率达到峰值，磷吸附率为79.98%；比搅拌速度为100 r/min时的磷吸附率提升了6%。当搅拌速度持续增加后，磷吸附率有所降低但降低幅度较小。这是由于达到一定搅拌速度后，反应生成的硝酸盐容易扩散，对孔中沉淀的生成速率影响较小。故最佳的搅拌速度为300 r/min。

　　2.5反应温度对磷吸附效果的影响

　　将30 g的黄磷炉渣按固液比10:1掺入体积分数为18%的硝酸溶液中，利用上述制备工艺以300 r/min的速度搅拌60 min，反应温度设置为25、40、55、70、90℃后利用真空泵对反应溶液进行过滤后干燥、研磨制备吸附材料后测试不同反应温度下镧改性SiO2基复合吸附剂吸附率。如图6所示。由图6可知，随着反应温度的增加，磷吸附率呈现先增加（低于70℃)后下降的趋势。当反应温度为25℃时，磷吸附率为73.93%，反应温度提升到70℃时，磷吸附率达到峰值79.97%，比反应温度为25℃时吸附率提升了7%。这是由于反应温度越高，反应溶液中的分子运动速率较高，快速剔除内部杂质，提高吸附材料内部的稳定性。但是达到一定反应温度后，不利于金属氧化物与硝酸的正向反应，反而降低了吸附剂的吸附效果。故最佳的反应温度为70℃。

　　综上，硝酸浸取黄磷炉渣制备SiO2基吸附材料的最佳工艺方案为液固比10:1、硝酸体积分数18%、反应时间60 min，搅拌速度300 r/min、反应温度70℃。最佳制备方案下镧改性SiO2基复合吸附剂表现的吸附率为79.97%，其具有最佳的吸附性能。

　　3结论

　　通过分析液固比、硝酸浓度、反应时间、搅拌速度和反应温度等对吸附剂磷吸附率的影响，确定最佳的制备工艺参数，形成结论如下：

　　1）黄磷炉渣主要成分为CaO，粒径成正态分布，占比最多的是25.67μm，达到4.25%；结构型式为非晶体结构。

　　2）镧改性SiO2基复合吸附剂的磷吸收率随着液固比的增加表现为先增加后降低的趋势；随着硝酸浓度的增加先线性增加后逐渐稳定；随着反应时间的增加先增加（低于60 min）后下降（超过60 min）；随着搅拌速度的增加先线性增加（低于300 r/min）后下降；随着反应温度的增加先增加（低于70℃)后下降。

　　3）最佳实验方案为液固比10:1、硝酸体积分数18%、反应时间60 min，搅拌速度300 r/min、反应温度70℃,该条件下镧改性SiO2基复合吸附剂吸附性能最佳，吸附率为79.97%。

　参考文献

　　[1]吴梦，张大超，徐师，等.废水除磷工艺技术研究进展[J].有色金属科学与工程，2019，10（2）：97-103.

　　[2]张勇，董雪，蔡春轶，等.汉石桥湿地南部核心区富营养化成因及防治对策[J].湿地科学与管理，2022，18（1）：7-12.

　　[3]聂司宇，孟昊，李婷婷，等.水生植物对富营养化水体中氮磷去除的研究进展[J].环境保护与循环经济，2020，40（4）：47-51.

　　[4]王敏，张晖，曾惠娴，等.水体富营养化成因、现状及修复技术研究进展[J].安徽农业科学，2022，50（6）：1-6，11.

　　[5]张碧晰.改性硅藻土耦合多级A/O工艺对城市污水深度除磷的研究[D].郑州：郑州大学，2014.

　　[6]王振国.分段进水改良A/O工艺系统性能的研究[D].郑州：郑州大学，2015.

　　[7]杨焱明，刘树元，郑显鹏，等.污水除磷技术现状及发展趋势[J].济南大学学报（自然科学版），2008（2）：166-170.

　　[8]陈亚松.化学除磷中混凝剂对活性污泥活性的影响[J].环境工程，2011，29（4）：23-25.

　　[9]李晓蕾，何向瑶，詹园，等.含磷废水处理技术研究进展[J].化肥设计，2021，59（3）：5-8.

　　[10]兰吉奎，潘涌璋.化学沉淀法处理超高浓度含磷废水的研究[J].工业水处理，2011，31（1）：58-60.

　　[11]邵立荣，宋振杨，冯素敏，等.天然与改性沸石对磷酸盐吸附效能及机理研究[J].工业水处理，2018，38（4）：64-68.