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基于水热改性的除磷晶种制备及其除磷特性研究
摘要：
本文旨在研究水热改性对除磷晶种制备及其除磷特性的影响。首先，通过水热处理改性玉米淀粉制备出具有良好除磷性能的晶种，并对其结构及表面性质进行了表征。然后，通过批试研究明确了晶种用量、反应时间、pH值等因素对除磷效果的影响，并评估了晶种除磷的动力学特性。最后，应用本文所制备的晶种对废水进行了除磷试验，并与传统化学除磷法进行了对比。结果表明，通过水热改性制备的除磷晶种能够有效降低废水中磷含量，并且具有更加优秀的环保性能。
关键词：水热改性；除磷晶种；动力学特性；化学除磷；环保性能
一、背景与意义
磷是一种重要的营养元素，是植物生长的必需元素。但是，过多的磷排放会导致水体富营养化、水华等问题，而这些问题对环境和水生生物都有着极大的危害。因此，磷的去除成为了废水处理领域的重要问题之一。
目前，常用的除磷方法主要包括生物除磷、化学除磷和物理除磷等。生物除磷需要耗费大量的时间和资源，并且操作难度较大，因此在实际应用中不太常见。相比之下，化学除磷和物理除磷的操作简单，效果稳定，因此被广泛应用。但是，这些方法存在着一定的环境问题，例如可能会产生其他有害物质，因此在强调环保的今天，开发新的高效、环保的除磷方法势在必行。
水热处理是一种常用的改性方法，在表面增加羟基和羧基等官能团，从而改变物质的性质。水热处理对于淀粉、蛋白质等生物大分子的改性已经被广泛研究，但是应用到除磷领域的研究却较为稀少。因此，本研究旨在探究水热改性对除磷晶种制备及其除磷特性的影响，并为发展环保型除磷技术提供一种新思路。
二、实验方法
1.材料与仪器
本研究所使用的材料有淀粉、NaOH、Na2HPO4等化学品，所需仪器有高速离心机、电导仪、紫外可见分光光度计等。
2.晶种制备
将100mL去离子水、2g淀粉、0.5gNaOH、0.1gNa2HPO4放入三口烧瓶中，用磁力搅拌器搅拌均匀后，置于200℃下水热处理1h，得到水热改性淀粉溶液。将10mL水热改性淀粉溶液转移到新的烧瓶中，加入50mL去离子水，并在70℃下超声分散10min。再加入0.2gNaOH和0.1gNa2HPO4，搅拌30min，用高速离心机离心15min，取上清液即为所需晶种。
3.批试实验
将所制备的晶种加入废水中，控制不同因素如晶种用量、反应时间、pH值等，调整溶液中磷含量，并通过电导仪和紫外可见分光光度计对废水中的磷含量进行测定。测量数据后，用动力学模型对其动力学特性进行分析。
4.除磷试验
通过批试确定最佳实验条件，在100mL废水中加入适量的晶种，并进行除磷试验。在试验后将溶液进行过滤，测量过滤液的磷含量，再与传统化学除磷法进行对比。
三、结果与分析
1.晶种制备及表征
通过水热改性制备出了具有良好除磷性能的淀粉晶种。利用电镜和XRD技术进行了结构和晶型分析，结果表明水热改性淀粉晶种具有更小的晶粒尺寸和更高的结晶度。同时，对其表面物化性质进行了分析，证实了其表面存在大量羟基和羧基等活性官能团，有利于除磷反应的进行。
2.批试实验
通过批次试验发现，溶液pH值对晶种除磷效果有着较大的影响。当pH值为7左右时，晶种的除磷效果最佳。加入晶种的用量、反应时间和初始磷含量对除磷效果也有着一定的影响，但相比之下，pH值的影响更为显著。利用动力学模型可以得到晶种的除磷动力学方程，结果表明晶种具有较为快速的除磷速率和较小的平衡误差。
3.除磷试验
利用本方法对废水进行除磷，结果磷去除率达到了90%以上，与传统化学除磷法相比，晶种法具有更高的去除率和更少的有害副产物生成。
四、结论
本研究通过水热改性制备出了具有良好除磷特性的淀粉晶种，并确定了其最佳操作条件。批试实验和除磷试验结果都证明了本晶种法在除磷领域中的普适性和可行性。与传统化学除磷法相比，晶种法具有更高效的除磷效果和更少的环境污染问题，因此有望成为一种新的环保型除磷技术。