FeOOH改性玄武岩纤维整体式材料对磷的去除性能及机理

尽管微纳米材料具有优异的环境净化功能,但直接应用微纳米材料具有潜在的生态环境威胁。本研究以惰性玄武岩纤维为基底材料,通过表面活化-Fe³⁺原位水解方法制备功能性整体式材料(FeOOH@BF)并研究其对水中磷的去除性能。X-射线衍射(X-ray diffraction, XRD)测试显示,在玄武岩纤维表面原位生长的羟基氧化铁(FeOOH)具有α、β两种晶体相结构。FeOOH的附着导致惰性玄武岩纤维表面具有丰富的活性铁羟基吸附位点。吸附结果表明,FeOOH改性的玄武岩纤维整体式材料可有效去除水中的磷酸根。
当水中磷含量超过V类地表水质量标准10倍时,5 g∙L⁻¹的FeOOH@BF对水中磷的去除率高于80%。FeOOH@BF对水中磷的去除率随着磷初始质量浓度和pH的增大而降低。动力学吸附结果表明,FeOOH@BF对水中磷的吸附过程在达到饱和吸附以前适合用准一级动力学吸附方程描述。吸附饱和后的FeOOH@BF在0.05 mol∙L⁻¹的HNO₃溶液中经过浸泡12 h再生后,其对磷的吸附容量出现明显的降低,但仍能有效去除水中的磷酸根;当饱和吸附后的FeOOH@BF在HNO₃溶液中浸泡24 h再生后,FeOOH@BF仍可有效去除水中的磷且吸附性能趋于稳定。FeOOH@BF材料表面的铁羟基发生去质子化释放H⁺离子,导致磷酸根质子化形成HPO₄²⁻,并进一步与材料表面的铁羟基发生配体交换、离子交换和氢键等作用,进而被玄武岩纤维表面包覆的FeOOH所吸附。