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精选文章】白云石-生物炭复合膜过滤吸附低浓度磷酸盐

发布时间：

2024-08-28

成果简介

随着工农业的发展，大量磷被排入自然水体，极低的磷浓度（~0.02 mg/L）也将导致水体富营养化现象的发生。传统化学法和生物法无法有效去除水中低浓度磷酸盐，将吸附剂与超滤膜相结合，有望通过错流过滤的方式捕获并吸附水中低浓度磷酸盐。

本研究通过简单的相转换法将白云石改性生物炭吸附剂（DO/BB）装载于聚偏二氟乙烯（PVDF）超滤膜中制备了PVDF-DO/BB复合膜，并考察了PVDF-DO/BB复合膜的微观结构、力学性能及对磷酸盐的吸附分离性能。

结果表明，与纯PVDF膜相比，PVDF-DO/BB复合膜的表面粗糙度增加，亲水性变差；拉伸强度增强约23%，柔韧性也有所提升；当初始磷酸盐质量浓度为1.0 mg/L时，经PVDF-DO/BB处理后最低可降至0.16 mg/L，且在5次吸脱附循环后去除率依然保持＞75%。

通过吸附动力学和吸附等温线模型拟合，发现吸附过程主要受单层的化学反应控制，活性位点分布均匀。结合PVDF-DO/BB吸附磷酸盐前后的XPS分析，阐明吸附机理主要包括静电引力、内层单齿络合物的形成、内层双齿络合物的形成和羟磷灰石沉淀的生成。此外，PVDF-DO/BB可高效拦截大分子污染物，具有吸附-超滤双功能。

创新性发展

白云石是一种储量丰富的天然矿物，化学成分为CaMg(CO₃)₂，高温热解产物为CaO和MgO，用白云石替代Mg源，可以简化制备流程，并能更好地控制成本和增加活性位点数量。

本研究用热解白云石粉替代Mg源和Ca源，用一步热解法制备了白云石改性生物炭/膨润土复合吸附剂，热解白云石提供了大量Ca和Mg活性位点，复合吸附剂相较于纯热解白云石的比表面积和孔隙率显著增加。

进一步，将吸附剂装载于超滤膜中，不仅可以通过膜分离深度去除水溶液中低浓度磷酸盐，还可以有效调节超滤膜的孔隙结构和表面粗糙度，使其保持较高的水通量。

全文导读

随着全球经济的迅速发展，采矿、农业、工业废水和生活污水中出现大量磷元素，主要存在形式是磷酸盐。水体磷酸盐浓度极低（＜0.02 mg/L）时就会导致富营养现象发生，造成水中溶解氧不足，威胁水生生物的生长，同时造成藻类大量繁衍，威胁人类的可持续发展。

基于之前研究开发的热解白云石/生物炭吸附剂材料（DO/BB），本研究通过简单的相转换法将其装载于聚偏二氟乙烯（PVDF）超滤膜中，进行了微观表征、磷酸盐过滤分离性能测试和吸附分离机理讨论，为吸附型分离膜的构建和水体低浓度磷酸盐的深度处理提供了借鉴与理论基础。