復(fù)合改性沸石對(duì)生活污水中氮磷吸附效果的研究

陸璐 張冬翠

摘 要：沸石作為一種廉價(jià)的無(wú)機(jī)非金屬的礦物，對(duì)生活污水中的氮磷具有一定的吸附能力，由于天然沸石對(duì)氮磷的吸附效果有限，所以需經(jīng)過(guò)物理化學(xué)的方法通過(guò)提高沸石的空隙率和陽(yáng)離子交換容量，來(lái)達(dá)到有效去除污水中氮磷的目的，故本文采取復(fù)合改性沸石對(duì)含氮磷廢水進(jìn)行研究，試驗(yàn)結(jié)果表明：氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、煅燒溫度為400℃制得的復(fù)合改性沸石，對(duì)氨氮去除率可達(dá)到74.2%；鑭改性沸石再進(jìn)行高溫處理，對(duì)磷去除率為86%。天然沸石經(jīng)復(fù)合改性后對(duì)于氮磷的去除率大大提高。

關(guān)鍵詞：天然沸石 復(fù)合改性沸石 吸附 氨氮 磷

中圖分類(lèi)號(hào)：X799.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）06（a）-0092-02

當(dāng)前隨著工業(yè)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，水污染問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重，氮磷含量是導(dǎo)致水環(huán)境污染的重要影響因素，對(duì)于氨磷廢水的處理，用常規(guī)的生物化學(xué)方法去除氨磷，周期長(zhǎng)，效率低，成本高，用吹脫法，折點(diǎn)加氯，化學(xué)沉淀等物理化學(xué)方法也因其成本較高及自身存在的工藝缺陷而無(wú)法推廣使用，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)開(kāi)展利用沸石去除水中氮磷的研究。天然沸石對(duì)氮磷的吸附效果有限，需經(jīng)物理化學(xué)的方法進(jìn)行沸石改性，來(lái)達(dá)到有效去除污水中氮磷的目的，本文將復(fù)合改性沸石與天然沸石對(duì)氮磷的去除效果進(jìn)行比較。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

天然沸石、復(fù)合沸石（復(fù)合沸石的制備見(jiàn)1.2.2與1.2.4）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 天然沸石對(duì)廢水中氨氮的吸附效果

（1）吸附等溫線(xiàn)。

分別稱(chēng)取質(zhì)量為1g預(yù)處理后的沸石，將其置于數(shù)支錐形瓶中，其后向錐形瓶?jī)?nèi)倒入100mL濃度為10、20、30、40、50、60、70、80、90、100mg/L的氨氮溶液。將各錐形瓶置于恒溫?fù)u床中，在轉(zhuǎn)速為135r/min情況下反應(yīng)100min，測(cè)定不同濃度下天然沸石對(duì)氨氮吸附量。

（2）吸附動(dòng)力。

稱(chēng)取1g預(yù)處理后的沸石置于數(shù)支錐形瓶中，然后向錐形瓶中倒入100mL濃度為15mg/L的氨氮溶液。在恒溫?fù)u床中以轉(zhuǎn)速為135r/min的進(jìn)行震蕩，在不同時(shí)間取出樣品，取上清液測(cè)出含氨氮濃度，計(jì)算氨氮去除率以及吸附量。

1.2.2 復(fù)合沸石對(duì)污水中氨氮的吸附效果

（1）復(fù)合沸石的制備。

稱(chēng)量8g預(yù)處理后的沸石放入錐形瓶中，然后向錐形瓶中倒入100mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaCl溶液。將錐形瓶置于恒溫?fù)u床中，在轉(zhuǎn)速為135r/min情況下接觸反應(yīng)12小時(shí)。待反應(yīng)結(jié)束，用去離子水沖洗沸石的表面直至其為中性，然后置于烘箱內(nèi)烘干備用。取數(shù)組氯化鈉改性沸石，置于馬弗爐中分別用不同的溫度（100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃）煅燒1h進(jìn)行改性處理，反應(yīng)結(jié)束后待其冷卻至室溫，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

（2）實(shí)驗(yàn)方法。

分別稱(chēng)取鹽熱復(fù)合改性沸石0.5g投入到盛有100mL濃度為15mg/L的氨氮溶液中，放入恒溫振蕩器振蕩100min，反應(yīng)結(jié)束后將上清液抽濾，溶液剩余氨氮濃度通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)方法操作，考察不同溫度下氯化鈉改性沸石對(duì)氨氮的吸附情況。

1.2.3 天然沸石對(duì)污水中磷的吸附效果

（1）吸附等溫線(xiàn)。

稱(chēng)取1g預(yù)處理后的沸石，將其分別置于數(shù)支錐形瓶中，然后向錐形瓶中倒入100mL濃度分別為10、20、30、40、50、60、70、80、90、100mg/L的磷溶液。將各錐形瓶置于恒溫?fù)u床中，在轉(zhuǎn)速為135r/min情況下反應(yīng)100min。反應(yīng)結(jié)束后用0.45μm的濾膜過(guò)濾上清液，用鉬銻抗分光光度法測(cè)定濾液的吸光度，計(jì)算得出不同磷濃度下天然沸石對(duì)磷酸鹽的吸附量。

（2）吸附動(dòng)力學(xué)。

稱(chēng)取1g預(yù)處理后的沸石，將其分別置于數(shù)支錐形瓶中，然后向錐形瓶中倒入100mL濃度為5mg/L的磷溶液。將各錐形瓶置于恒溫?fù)u床中，在轉(zhuǎn)速為135r/min情況下分別反應(yīng)不同時(shí)間。反應(yīng)結(jié)束后用0.45μm的濾膜過(guò)濾上清液，用鉬銻抗分光光度法測(cè)定濾液的吸光度，計(jì)算出天然沸石對(duì)磷酸鹽的吸附量。

1.2.4 復(fù)合沸石對(duì)污水中磷的吸附效果

（1）復(fù)合沸石的制備。

稱(chēng)取10g天然沸石置于錐形瓶中，然后倒入5g氯化鑭和100mL蒸餾水，搖勻，放置于恒溫?fù)u床震蕩12h。反應(yīng)結(jié)束后用2mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液pH值至10，再使用蒸餾水對(duì)固體表面進(jìn)行清洗直至上清液pH為7，將改性沸石放置于105℃烘箱中烘干，而后放入馬弗爐中，在100℃～700℃溫度下焙燒1h，冷卻密封保存。

（2）實(shí)驗(yàn)方法。

稱(chēng)取1g復(fù)合改性沸石投入到盛有100mL濃度為5mg/L的磷酸鹽溶液中，按照上述實(shí)驗(yàn)方法操作，研究復(fù)合改性沸石對(duì)磷的吸附效果。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 天然沸石對(duì)氨氮的吸附效果分析

試驗(yàn)表明，隨著氨氮初始濃度不斷增加，天然沸石吸附氨氮含量不斷提升。

天然沸石吸附氨氮的動(dòng)力學(xué)變化趨勢(shì)基本符合“快速吸附，緩慢平衡”的特點(diǎn)。在氨氮濃度為15mg/L情況下，吸附平衡時(shí)間為100min，平衡吸附量為1.08mg/g。

2.2 復(fù)合改性沸石對(duì)氨氮的吸附效果分析

試驗(yàn)表明，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%NaCl改性沸石在煅燒溫度為200℃～400℃范圍時(shí)，氨氮去除率隨著溫度的升高而逐漸增大。氯化鈉改性沸石經(jīng)過(guò)高溫改性后，去除了沸石內(nèi)部的雜質(zhì)，提高了沸石的比表面積，當(dāng)溫度高于400℃時(shí)，過(guò)高的溫度破壞了沸石內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致沸石吸附氨氮的性能的急劇下降。

2.3 天然沸石對(duì)磷的吸附效果分析

試驗(yàn)結(jié)果表明，接觸時(shí)間為0～60min時(shí)，沸石對(duì)磷去除率隨著接觸時(shí)間的增加而提高，而后趨于吸附效果平緩，說(shuō)明在吸附時(shí)間為60min時(shí)沸石對(duì)水中磷已達(dá)到吸附平衡。

2.4 復(fù)合改性沸石對(duì)磷的吸附效果分析

試驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合改性拓寬了沸石的孔道，內(nèi)部有效吸附點(diǎn)位增多，從而提高了對(duì)水中磷的去除率，當(dāng)復(fù)合改性溫度高于400℃時(shí)，沸石內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞，導(dǎo)致吸附磷的效果下降。

3 結(jié)論

天然沸石對(duì)于水中氮磷就有一定的吸附效果，在適宜條件下對(duì)天然沸石進(jìn)行復(fù)合改性可大幅度提高對(duì)氮磷的吸附效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)論如下：（1）氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、煅燒溫度為400℃制得的復(fù)合改性沸石，對(duì)氨氮去除率可達(dá)到74.2%；（2）天然沸石經(jīng)鑭改性，煅燒溫度為400℃時(shí)，制成的復(fù)合改性沸石除磷率高達(dá)86%。

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