实验中所用的蒸压加气混凝土材料^[6]来自广州某建材公司。蒸压加气混凝土碎料由规格不合格或有破损的砌块破碎而成，过200目筛后干燥备用。其余试剂包括结晶氯化铝、钼酸铵、酒石酸锑钾、硫酸、抗坏血酸、磷酸二氢钾，均为分析纯。

主要仪器包括上海精科722G型紫外-可见光分光光度计、培英 HZQ-X100恒温振荡器、ZEISS Ultra55 热场发射扫描电子显微镜、BRUKER D8X射线粉末衍射仪及Oxford X-Max 50电制冷X射线能谱仪。

将蒸压加气混凝土粉末以一定的比例浸入0.1~1.0 mol·L⁻¹AlCl₃溶液中，在25 ℃、180 r ·min⁻¹ 下振荡0~3 h，沉淀弃去上清液，反复水洗后，放在干燥箱中烘干，研磨，经200目筛后即得铝改性蒸压加气混凝土碎料除磷材料，记为Al-MAAC。

称取一定质量除磷材料置于250 mL锥形瓶中，加入100 mL初始浓度为1 mg·L⁻¹的磷酸盐水溶液，在水浴振荡器中，于25 ℃恒温振荡0~3 h，取上清液经 0.45 μm 滤膜过滤，测定滤液中磷酸盐的浓度。

Al-MAAC对磷的处理量^[5]的计算方法见式(1)和式(2)，每个处理设3次重复。

式中：Q_e为平衡溶液磷的处理量，mg·g⁻¹；Q_t为t时刻磷的处理量，mg·g⁻¹；C₀、C_e和C_t分别为初始溶液、平衡溶液和t时刻溶液中磷的质量浓度，mg·L⁻¹；V为加入磷溶液的体积，L；W为加入的除磷剂质量，g。

将蒸压加气混凝土粉末以1∶30的比例浸入0.1~1.0 mol·L⁻¹AlCl₃溶液中制备除磷材料；取除磷材料0.1 g，在原水磷浓度为1 mg·L⁻¹，温度为25 ℃，反应时间为1 h和2 h，振速为180 r·min⁻¹的实验条件下，考察除磷材料的除磷效果。

如图1所示，2个实验组的结果均表明，当氯化铝溶液浓度为0.2 mol·L⁻¹时，Al-MAAC除磷效果最佳。当反应时间为2 h时，0.2 mol·L⁻¹Al-MAAC的除磷效果为同实验组最佳且达到95.8%，符合预期。当继续增大改性剂溶液浓度，去除率反而下降，可能原因有：1)由于孔隙堵塞，与磷酸盐接触的氢氧化铝减少，导致磷酸盐无法充分与氢氧化铝电离出的铝离子反应；2)磷酸二氢根电离完全时，部分氢氧化铝仅完成一级电离，铝离子量不足导致生成的磷酸铝沉淀减少；3)随着氯化铝溶液浓度的提高，溶液pH降低，不利于改性材料中的含钙组分形成钙磷沉淀，导致总磷去除率降低^[10]。

将蒸压加气混凝土粉末以1∶5、1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50的比例浸入0.2 mol·L⁻¹ AlCl₃溶液中制备除磷材料；取除磷材料0.1 g，在原水磷浓度为1 mg·L⁻¹，温度为25 ℃，反应时间为1 h和2 h，振速为180 r·min⁻¹的实验条件下，考察除磷材料的除磷效果。

如图2所示，当固液比为1∶10时，2个实验组的除磷效果达到最佳。当提高固液比时，氯化铝溶液体积偏小，可能会因为振荡过程中实际接触时间较短、氯化铝不足量等导致沉淀效果较低。而降低固液比时，同样会继续溶出材料中的部分硅酸钙、硫酸钙和碳酸盐^[11]。然而由于氯化铝溶液浓度较低，溶出组分的量和氢氧化铝滞留量有限，因此，新增氢氧化铝的除磷效果劣于溶出组分的除磷效果，总磷去除率降低。

将蒸压加气混凝土粉末以1∶10的比例浸入0.2 mol·L⁻¹AlCl₃溶液中制备除磷材料；设置浸渍时间为0.25、0.5、1、2、3、4、5 h，取除磷材料0.1 g，在原水磷浓度为1 mg·L⁻¹，温度为25 ℃，振速为180 r·min⁻¹的实验条件下，考察除磷材料的除磷效果。

如图3所示，浸渍时间为0.25 h的Al-MAAC除磷效果低于平均水平，其余各组除磷效果基本持平，这表明当改性时间不断增加时，其除磷效率不会一直增大，这为改性过程时间控制提供了很好的参考。

将蒸压加气混凝土粉末以1∶10的比例浸入0.2 mol·L⁻¹AlCl₃溶液中制备除磷材料，并在静态实验中考察除磷材料投加量、反应温度、反应时间和初始磷溶液浓度对除磷效果的影响。

分别取Al-MAAC 0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.08、0.1 g，在100 mL原水磷浓度为1 mg·L⁻¹，温度为25 ℃，反应时间为2 h，振速为180 r·min⁻¹的实验条件下，考察Al-MAAC投加量对除磷效果的影响。

如图4所示，当投加量为0.5 g·L⁻¹时，磷去除率达到96.1%，与碱改性的CAAC材料相比，要想有同样的去除效果，其用量则须达到10 g·L^−1[5-6]，可见Al-MAAC的投加量缩减了近20倍，去除率大幅提高。继续增加投加量，对除磷效果影响不大，可能的原因是Al-MAAC对水中正磷酸盐的反应基本达到平衡，此时沉淀反应主要受水中磷酸盐浓度的限制^[12]，因此，总磷去除率提升较慢。

取Al-MAAC 0.05 g，设置反应时间为0.25~3 h 8个梯度，在100 mL原水磷浓度为1 mg·L⁻¹，温度为25 ℃，振速为180 r·min⁻¹的实验条件下，考察反应时间对除磷效果的影响。

如图5所示，反应时间为1.5 h时，Al-MAAC的总磷去除率达到95.2%。1.5 h后，随着反应时间的延长，去除率趋于稳定。综合考虑各因素后，选定1.5 h为最佳反应时间。同时将0.05 g改性材料与0.3 g原始材料的去除效果进行对比，结果发现，其总磷去除率远远低于改性材料，说明使用氯化铝改性CAAC材料是高效可行的，能够达到提升材料除磷性能以及获得经济效益的目的。

取Al-MAAC 0.05 g，设置反应温度为15、20、25、30、35 ℃，在100 mL原水磷浓度为1 mg·L⁻¹，反应时间为2 h，振速为180 r·min⁻¹的实验条件下，考察反应温度对除磷特性的影响。

如图6所示，磷去除率随反应温度的上升而缓慢上升，在反应温度到达25 ℃后，上升趋势减缓，基本趋于稳定。由此可推断：一方面，综合考虑实验数据和经济效益，Al-MAAC处理含磷废水的最佳反应温度为25 ℃，即常温下可以达到最佳效果；另一方面，该材料处理含磷废水的效果受高温影响小，受低温影响略大，但总体去除率可以保持在较高的水平，因此，具有一定的实用性。主要原因为：1) 提高温度有利于含钙组分结合磷酸根离子形成钙磷沉淀的过程^[13]，从而提高了总磷去除率；2) 温度提高了磷酸根克服材料表面液膜阻力的扩散能力，有利于磷酸根向材料内部迁移并与铝离子反应^[14]，有利于提高去除率。

取Al-MAAC 0.05 g，设置100 mL的原水磷浓度分别为1、1.5、2、2.5、3、5 mg·L⁻¹，在温度为25 ℃，反应时间为2 h，振速为180 r·min⁻¹的实验条件下，考察初始磷溶液浓度对除磷效果的影响。

如图7所示，当初始总磷浓度低于2 mg·L⁻¹时，Al-MAAC材料对磷的去除量能维持较高的水平。该特点恰好说明Al-MAAC适合用于深度除磷工艺处理低浓度含磷废水。继续增大初始总磷浓度，材料的除磷效果会有所下降，这可能出于2个方面原因：1)Al-MAAC反应位点有限，无法与过量的磷酸盐发生沉淀反应；2)初始总磷浓度增大时，溶液pH下降，不利于钙磷沉淀的形成^[15]。

为分析Al-MAAC的晶相及内部结构对除磷效果的影响，本研究对Al-MAAC进行了XRD的表征，并通过表征的结果对Al-MAAC高效除磷原理进行深入分析。

由图8可知，改性前材料中碳酸钙等组分在改性中基本反应完全，而二氧化硅和硫酸钙等组分则没有明显变化。由此推测，合成过程中氯化铝在AAC的表面附着，同时经过AlCl₃改性的材料孔道的有效空间得以拓宽，Al-MAAC表面负载了一定的Al³⁺，它会与水结合生成氢氧化铝，进而与磷酸根离子发生离子交换，生成磷酸盐沉淀^[16]，最后得以去除。

1)采用浸渍-焙烧法成功制备铝改性蒸压加气混凝土碎料的最佳制备条件为：固液比10∶1、氯化铝溶液浓度0.2 mol·L⁻¹、浸渍时间0.5 h、搅拌速度180 r·min⁻¹。当初始总磷浓度不超过1 mg·L⁻¹时，在投加量为0.5 g·L⁻¹、反应时间为1.5 h、温度为25 ℃的条件下，磷的去除率可达到96%以上。

2) Al-MAAC相比于碱改性后的材料除磷效果大大提高，并且在处理低浓度含磷废水时，Al-MAAC能避免改性剂残余导致的二次污染问题。

3)经铝改性的AAC材料的除磷机理主要是材料中的Ca₅Si₆O₁₆(OH)₂·4H₂O、CaSO₄、CaCO₃、Al₂O₃与废水中的${\rm{PO}}_4^{3 - }$-P反应，生成了以羟基磷灰石为主的钙磷-磷铝共沉淀物，其在重力作用下絮凝沉降，从而加快了除磷过程的实现。