水铁矿负载甘蔗渣吸附磷酸根开放性综合化学实验

doi:10.3866/PKU.DXHX202006044

大学化学 >> 2021, Vol. 36 >> Issue (6): 2006044.doi: 10.3866/PKU.DXHX202006044

水铁矿负载甘蔗渣吸附磷酸根开放性综合化学实验

余军霞¹^,*(), 周如意¹^,², 池汝安¹

¹ 武汉工程大学化学与环境工程学院, 绿色化工过程教育部重点实验室, 武汉 430073
² 武汉职业技术学院生物工程学院, 武汉 430074

收稿日期:2020-06-11 录用日期:2020-06-29 发布日期:2020-07-22
通讯作者: 余军霞 E-mail:yujunxia_1979@163.com
作者简介:余军霞, Email: yujunxia_1979@163.com
基金资助:
国家自然科学基金面上项目(21978226);湖北省教育厅创新团队项目(T201506)

A Comprehensive Chemistry Experiment on the Adsorption of Phosphate by Ferrihydrite Loaded Sugarcane Bagasse

Junxia Yu¹^,*(), Ruyi Zhou¹^,², Ruan Chi¹

¹ Key Laboratory for Green Chemical Process of Ministry of Education, School of Chemistry and Environmental Engineering, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430073, China
² School of Biological Engineering, Wuhan Polytechnic, Wuhan 430074, China

Received:2020-06-11 Accepted:2020-06-29 Published:2020-07-22
Contact: Junxia Yu E-mail:yujunxia_1979@163.com

摘要/Abstract

摘要：

采用原位沉淀法制备了对磷酸根有较好吸附性能的水铁矿负载甘蔗渣复合吸附剂。通过扫描电镜-X射线能谱仪（SEM-EDS）、X射线衍射光谱（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、Zeta电位等手段对负载甘蔗渣吸附剂进行了表征，同时考查了水铁矿负载甘蔗渣吸附剂对磷酸根吸附的行为和机理。结果表明负载后的甘蔗渣对磷酸根的吸附量提高显著，吸附可在30 min内达到平衡，等温吸附线符合Langmuir模型，动力学曲线符合准二级模型，负载吸附剂对废水中磷的去除率高达99.8%。该研究可作为工业分析、应用化学、环境工程等专业高年级的综合化学实验，有利于提升学生的研究兴趣，培养学生将理论知识运用于实际的能力，激发学生的创新能力。

关键词: 综合化学实验, 甘蔗渣, 负载, 水铁矿, 吸附, 磷酸根

Abstract:

Ferrihydrite loaded sugarcane bagasse composite adsorbent with good adsorption performances for phosphate was prepared by in situ precipitation. The adsorbent was characterized by field emission scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction spectroscopy (XRD) and Zeta potential. Adsorption behavior and mechanism of phosphate on the composite adsorbent were investigated. Results showed that the adsorption capacity of bagasse increased significantly after loaded with ferrihydrite, and equilibrium reached within 30 min. Adsorption isotherm and kinetics of phosphate on the composite adsorbents could be predicted well by the Langmuir and pseudo-second-order model, respectively. Practical waste water treatment showed that 99.8% of phosphate could be removed from aqueous solution. This research content could be used as a comprehensive experiment for industrial analysis, applied chemistry and environmental engineering majors. It could improve students' study interesting, develop their capability to apply knowledge, and stimulate their innovation ability.

Key words: Comprehensive chemistry experiment, Sugarcane bagasse, Loaded, Ferrihydrite, Adsorption, Phosphate

MSC2000:

G642.423

余军霞, 周如意, 池汝安. 水铁矿负载甘蔗渣吸附磷酸根开放性综合化学实验[J]. 大学化学, 2021, 36(6): 2006044.

Junxia Yu, Ruyi Zhou, Ruan Chi. A Comprehensive Chemistry Experiment on the Adsorption of Phosphate by Ferrihydrite Loaded Sugarcane Bagasse[J]. University Chemistry, 2021, 36(6): 2006044.

图/表 6

图1

图2

图3

表1

图4

表2

参考文献 16

1	Trazzi P. A. ; Leahy J. J. ; Hayes M. H. B. ; Kwapinski W. J. Environ. Chem. Eng. 2016, 4 (1), 37. doi: 10.1016/j.jece.2015.11.005
2	Wang H. ; Zhu J. ; Fu Q. L. ; Xiong J. W. ; Hong C. ; Hu H. Q. ; Antonia V. Pedosphere 2015, 25 (3), 405. doi: 10.1016/S1002-0160(15)30008-4
3	Niju, S.; Swathika, M. Biocatal.-Agr.Biotechnol. 2019, No. 20, 101263.
4	刘洋; 洪亚楠; 姚艳丽; 徐磊. 热带科学农业, 2017, 37 (2), 91.
5	Nguyen T. A. H. ; Ngo H. H. ; Guo W. S. ; Zhang J. ; Liang S. ; Lee D. J. ; Nguyen P. D. ; Bui X. T. Bioresour. Technol. 2014, 169, 750. doi: 10.1016/j.biortech.2014.07.047
6	Zhang H. ; Elskens M. ; Chen G. ; Chou L. Chemosphere 2019, 225, 352. doi: 10.1016/j.chemosphere.2019.03.068
7	Liu J. ; Zhu R. ; Xu T. ; Xu Y. ; Ge F. ; Xi Y. ; Zhu J. ; He H. Chemosphere 2016, 144, 1148. doi: 10.1016/j.chemosphere.2015.09.083
8	Jambor J. L. ; Dutrizac J. E. Chem. Rev. 1998, 98 (7), 2549. doi: 10.1021/cr970105t
9	Mamun A. A. ; Morita M. ; Matsuoka M. ; Tokoro C. J. Hazard. Mater. 2017, 334, 142. doi: 10.1016/j.jhazmat.2017.03.058
10	Nur T. ; Loganathan P. ; Nguyen T. C. ; Singh G. ; Kandasamy J. Chem. Eng. J. 2014, 247, 93. doi: 10.1016/j.cej.2014.03.009
11	余军霞; 池汝安; 徐源来; 张越非. 实验技术与管理, 2015, 32 (11), 39. doi: 10.3969/j.issn.1002-4956.2015.11.012
12	Jiang X. ; Peng C. ; Fu D. ; Chen Z. ; Shen L. ; Li Q. ; Ouyang T. ; Wang Y. Appl. Surf. Sci. 2015, 353, 1087. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.06.190
13	Cornell, R. M.; Schwartzman, U. The Iron Oxides: Structure, Properties, Reactions, Occurrences, and Uses, 2nd ed.; Wiley-VCH: Germany, 2003; p. 144.
14	Yu J. X. ; Feng L. Y. ; Cai X. L. ; Wang L. ; Chi R. Environ. Earth Sci. 2014, 73 (4), 1789.
15	周如意; 李红霞; 余军霞; 池汝安; 余航; 黄书鑫; 汪景. 贵州大学学报(自然科学版), 2019, 36 (5), 111.
16	Lei X. ; Dai X. ; Long S. ; Cai N. ; Ma Z. ; Luo X. Ind. Eng. Chem. Res. 2017, 56 (26), 7525. doi: 10.1021/acs.iecr.7b00587

模型	Langmuir模型			Freundlich模型			Temkin模型
参数	K_L/	q_m/	R²	K_F/	1/n	R²	A_T/	b_T/	R²
参数	(L∙mg^-1)	(mg∙g^-1)	R²	(mg∙mg^-1/n∙L^1/n∙g^-1)	1/n	R²	(L∙mg^-1)	(J∙mol^-1)	R²
负载甘蔗渣	0.27	81.2	0.993	44.0	0.13	0.977	62.7	267	0.977
甘蔗渣	0.11	0.038	0.940	0.01	0.28	0.706	1	1	0.901

模型	准一级模型 Pseudo-first-order model			准二级模型Pseudo-second-order model			颗粒内扩散模型 Intra-particle-diffusion model
参数	k₁/min^-1	q_e/(mg∙g^-1)	R²	k₂/(g∙mg^-1∙min^-1)	q_e/(mg∙g^-1)	R²	K_i/(mg∙g^-1∙min^-1/2)	I/(mg∙g^-1)	R²
负载甘蔗渣	0.86	57.7	0.992	0.78	59.2	0.999	1.84	43.2	0.535
甘蔗渣	0.05	0.033	0.951	15.5	0.039	0.951	0.003	0.007	0.861

[1]	林天然, 侯丽, 董家新, 叶芳贵, 田建袅, 张亮亮, 赵书林, 邱建华, 沈星灿. “三位一体”助力分析化学相关实验类课程的改革[J]. 大学化学, 2022, 37(7): 2109019-.
[2]	孟祥茹, 余一泓, 江远帆, 刘宇阳, 李纲. 苯并三氮唑基乙酸HOF的制备及质子导电性能研究——推荐一个绿色综合化学实验[J]. 大学化学, 2022, 37(7): 2110084-.
[3]	业思晨, 陈琼, 吴琼友, 刘盛华, 尹军, 原弘. 甲醛荧光试纸的制备及其传感检测——推荐一个研究型大学综合化学实验[J]. 大学化学, 2022, 37(7): 2109111-.
[4]	沈颖林, 李晓敏, 李天赐. 阴离子交换树脂的合成及对碱性溶液中U的吸附性能研究——一个放射化学综合实验的设计[J]. 大学化学, 2022, 37(7): 2201016-.
[5]	朱倩倩, 王稳. 培养化学拔尖人才为导向的综合化学实验(Ⅰ)教学改革探索[J]. 大学化学, 2022, 37(7): 2111035-.
[6]	张远馥, 张金荣, 任姿静, 张熙芳, 商冬丽, 魏琳洁, 李睿, 李霞, 薛庆旺, 张伟, 王术皓. 以金纳米粒子为指示剂的法扬司法测定氯离子[J]. 大学化学, 2022, 37(3): 2106002-.
[7]	彭传云, 张少文, 尹国杰, 吴春来, 冯勇, 屈凌波. 以应用为导向的“材料制备与吸附性能”创新综合实验设计[J]. 大学化学, 2022, 37(2): 2107025-.
[8]	韩靖, 王玉芹, 丁益民, 刘婉君. 新科技时代背景下综合化学实验课程思政元素的挖掘与融合[J]. 大学化学, 2022, 37(10): 2109056-0.
[9]	张伟庆, 黄滨, 胡谷平. 对BET方程中C的探讨[J]. 大学化学, 2022, 37(1): 2104049-.
[10]	马贤波, 李新汉, 张富琴, 陈名红, 叶艳青, 黄超. 鲜花香皂的制备——推荐一个大学化学综合教学实验[J]. 大学化学, 2021, 36(8): 2009017-.
[11]	张建辉, 余小岚, 张伟庆. 防范风险提高效率——以改变高压吸附仪周边设备为例[J]. 大学化学, 2021, 36(8): 2011039-.
[12]	孟祥茹, 李纲. 双乙酰基二茂铁的合成及其与1, 10-邻菲啰啉之间的光配体交换反应产物剖析——推荐一个新颖有趣的综合化学实验[J]. 大学化学, 2021, 36(6): 2008065-.
[13]	张伟庆, 张建辉, 胡谷平. t图方法解读吸附参数[J]. 大学化学, 2021, 36(4): 2005031-.
[14]	王伟涛, 陈香李, 杨百勤. 固体在液相中吸附热力学参数计算介绍[J]. 大学化学, 2021, 36(2): 2003032-.
[15]	刘新才, 董彬彬, 晁单明. 聚苯胺薄膜在电量可视化超级电容器中的应用——推荐一个综合化学实验[J]. 大学化学, 2021, 36(2): 2003007-.

水铁矿负载甘蔗渣吸附磷酸根开放性综合化学实验

A Comprehensive Chemistry Experiment on the Adsorption of Phosphate by Ferrihydrite Loaded Sugarcane Bagasse

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