文 献 综 述

1.1研究背景

水体富营养化现象在我国乃至世界各地频繁出现并且日益严重，现已成为世界各国共同面对的重大环境问题。导致水体富营养化的主要原因是氮、磷等营养盐的富集，而氮元素含量高不一定会产生水体富营养化，故磷是水体富营养化更为深层次的原因^[1-2]。同时，人类长期饮用含磷的水可产生骨质疏松、下颌骨坏死等病变，因此，有必要对水体中的磷进行去除。目前，污水除磷的方法有化学沉淀法、电解法、微生物法、水生物法、物理吸附法、土壤处理法和膜技术处理法等。其中吸附法以其容量大、耗能少、污染小、去除快和可循环等优点，在除磷方面得到了广泛的应用。

1.1.1吸附法除磷研究进展

由于吸附法除磷的显著优越性( 易操作、高效快速、无二次污染、可回收利用、吸附剂活性点丰富且其成本低廉等)，尤其是对于低浓度含磷废水的深度除磷，各种吸附剂的研究与开发已经呈现出越来越多的趋势。常见的除磷吸附剂可分为粘土类、金属氧化物类、废弃物类以及碳素类吸附材料^[1]。凹凸棒石等粘土类物质对磷的吸附容量不如其它吸附剂高，但是其具有无臭、无味、无毒，比表面积大，化学稳定性等特点，可作为一种潜在的优良吸附材料；金属氧化物吸附剂对磷具有相对较高的吸附容量（是其它类吸附剂的数倍），吸附速率快，显示出很好的吸附潜能，就吸附效能上来说更优于其它类型的吸附剂，是一类高效的优良吸附材料，但是目前由于大部分采用化学反应获得，故材料来源较窄，造价相对高；石墨烯是一类新型材料，但是，目前极少数的研究者将其应用于水溶液吸附磷的研究，是一个急具发展潜力的研究热点。此外，结合现代先进的分子化学技术，探究各种吸附剂的除磷机理与吸附特性，明晰各类改性手段和运行条件的影响，获取高效吸附剂，对吸附法除磷在废水处理领域的应用与发展起铺垫作用，也是今后的研究重点。

1.1.2水合氧化铁

金属氧化物吸附剂对磷具有相对较高的吸附容量，吸附速率快，显示出很好的吸附潜能。其结构的特殊性有助于磷在该类吸附剂上发生离子交换和配位络合等反应，专性吸附为整个过程的主导吸附类型是主要原因^[1]。

水合氧化铁（即水铁矿，Fh）是一种常见的结晶度很差的Fe（Ⅲ）水合氢氧化物。它广泛存在于地表近中性环境（如土壤、淡水和海水沉积物）中，也存在于Fe（Ⅱ）含量较高的地下水（如酸性矿井排水、海底喷口、温泉）形成的沉积垢中^[3-4],Fh具有很高的比表面积和内在的反应活性^[5]，常用作重金属离子、营养物质和有机污染物的吸附剂^[6-9]和催化反应的催化剂^[10-11] 。

1.1.3水合氧化铁复合材料除磷

很多专业人士对水合氧化铁的合成工艺及吸附性能进行了研究，水合氧化铁在水中存在的形式得到了充分发展，从不成形的水合氧化铁发展到固体水合氧化铁，现在发展到负载型水合氧化铁。G Gu和 Karthikeyan ^[12-13]在 2005 年采用 Fe ( NO3) 3 加入浓度 0.01 mol/L 的 HCl 并立即加入 0.1 mol/L的 NaOH 调节 pH 到 7.0，然后把悬浮物放入室温下24 h，最后把溶液放入 250 mL 离心管中用离心机离心的作用下把水合氧化铁固体从水中分离出来，干燥获得纯水合氧化铁。由于这纯水合氧化铁是纳米粒径的粒子，纳米粒子之间具有纳米作用能，能产生团聚效应，从而降低水合氧化铁的吸附性能，并且水合氧化铁由于缺乏一定的形状和一定的机械强度不能运用到有压力的固定床和流化床当中去。为了克服以上缺点，现在进一步发展把水合氧化铁负载到砂粒、石墨、活性碳、阳离子交换树脂等大面积多孔的物质上，大颗粒多孔的物质可以阻断水合氧化铁之间的纳米作用能，防止了产生团聚效应，另外砂粒、石墨、活性碳和阳离子交换树脂可作为骨架来提高机械强度，这样可以把它作为填充滤料，以过滤的形式来吸附去除水中有害物质，推广了水合氧化铁的实际生产中的运用。通过研究发现^[14]，用粉煤灰负载水合氧化铁制成的复合吸附剂对HPO4^2-具有很强的吸附能力，在 18℃，HPO4^2-初始浓度 2 mg/L(以磷计)，pH=3，吸附剂用量为 8.0 g/L 的条件下，HPO4^2-的去除率可达 97%。