改性沸石制備及除磷性能研究

鄧書平

（遼寧石油化工大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

改性沸石制備及除磷性能研究

鄧書平

（遼寧石油化工大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

采用硫酸、高分子絮凝劑聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)和陽(yáng)離子型聚季銨鹽對(duì)沸石進(jìn)行改性，考察了改性沸石投量、pH值、吸附時(shí)間對(duì)處理效果的影響。結(jié)果表明：改性沸石用量為6g/L、pH值為7、吸附時(shí)間100min、反應(yīng)溫度為20℃，廢水中磷的去除率可達(dá)98%以上。

沸石；改性；磷；廢水

磷是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要元素之一，據(jù)調(diào)查，總氮大于0.2mg/L、總磷大于0.02mg/L時(shí)，水體就開始出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化。水體出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化后藻類和浮游生物急劇增殖，水體溶解氧下降，水質(zhì)惡化，并造成魚類及其他水中生物大量死亡。如近年來，滇池、太湖、巢湖等連續(xù)發(fā)生的藍(lán)藻污染事件，因此，廢水中磷的控制已越來越受到人們的關(guān)注。目前，常用的除磷方法主要有沉淀法、混凝法、生物法、氧化塘、吸附與離子交換法[1-2]。其中，生物除磷反應(yīng)速度慢、工藝復(fù)雜，且難于保證出水水質(zhì)，化學(xué)沉淀法存在化學(xué)污泥難于處理等諸多缺陷。

采用沸石吸附法處理含磷廢水不僅可以回收磷，變廢為寶，而且在工藝上還具有占地面積小、工藝簡(jiǎn)單、操作方便的優(yōu)點(diǎn)。本文采用硫酸、聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)和陽(yáng)離子型聚季銨鹽對(duì)沸石進(jìn)行改性處理，提高其吸附性能，用改性沸石處理含磷廢水，取得了良好效果。

1 材料及方法

1.1 材料及試劑

采用的天然沸石化學(xué)成分(%)：SiO258.5%，Al2O310.9%，F(xiàn)e2O34.7%，MgO 2.6%，CaO 5.6%，其他 17.7%。

聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)：外觀無色或淡黃色粘稠液體。

陽(yáng)離子型聚季銨鹽：甲醛與有機(jī)胺的縮合物，固含量>50%，ρ=1.28×103kg/m3。由山東濱州嘉源環(huán)保有限責(zé)任公司提供。

稀硫酸、氫氧化鈉、磷酸二氫鉀、抗壞血酸、鉬酸銨、酒石酸銻，均為化學(xué)純?cè)噭?/p>

1.2 儀器與設(shè)備

7230G型分光光度計(jì)、D-8401型多功能電動(dòng)攪拌器、FA1104電子天平、pH-25型酸度計(jì)、DKS26恒溫水浴鍋、DHG-9203A臺(tái)式電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱。

1.3 改性沸石的制備

1.3.1 沸石預(yù)處理

先將天然沸石浸泡再洗凈風(fēng)干，在300℃條件下對(duì)天然沸石進(jìn)行活化2h，之后研磨過100目篩，備用。

1.3.2 沸石改性

向天然沸石中加入5%的稀硫酸，在70℃下緩慢攪拌2h，過濾，用蒸餾水洗滌至中性，真空抽濾并烘干，再向酸改性沸石中加入適量PDMDAAC和陽(yáng)離子型聚季銨鹽，在50℃左右下緩慢攪拌60min，真空抽濾，烘干，研磨過100目篩，制成改性沸石[3]。

1.4 測(cè)定方法

在燒杯中加入模擬含磷廢水及改性沸石，在室溫下振蕩吸附，靜置，取上清液，采用《鉬酸銨分光光度法檢測(cè)總磷》(GB11893-89)測(cè)定廢水中的總磷含量，并按下式計(jì)算磷的去除率：

式中：c為處理前廢水中磷濃度，mg/L；ce為處理后廢水中磷濃度，mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 天然沸石和改性沸石對(duì)磷的吸附效果的比較

由于生活廢水的溫度為10～25℃，其中磷的濃度大多在5mg/L以下，因此試驗(yàn)溫度確定為20℃，pH為中性條件下，分別在1 000mL濃度為5mg/L含磷廢水中加入等量天然沸石和改性沸石振蕩吸附，考察兩種沸石對(duì)磷的吸附能力[4]，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，隨振蕩時(shí)間增加，天然沸石和改性沸石對(duì)磷的吸附趨勢(shì)基本相似，但改性沸石對(duì)磷的去除率遠(yuǎn)高于天然沸石。

2.2 改性沸石用量對(duì)磷去除效果的影響

在20℃、pH值為中性的條件下，分別向6個(gè)1 000mL含磷廢水中加入不同量的改性沸石，振蕩吸附，測(cè)定廢水中磷的含量，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，改性沸石用量為6g/L時(shí)，磷的去除率達(dá)98.4%，此時(shí)磷的剩余濃度為0.08mg/L，低于國(guó)家含磷廢水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(0.1mg/L)。

2.3 pH值對(duì)磷去除效果的影響

在20℃、改性沸石加入量為6g/L件下，振蕩吸附，考察廢水在不同pH值下改性沸石對(duì)磷去除效果的影響，結(jié)果見圖3。

由圖3可以看出，含磷廢水pH值=7時(shí)，磷去除率最高，當(dāng)pH值大于7時(shí)磷去除率略有下降。由此可見，改性沸石適于處理呈中性的含磷廢水。

2.4 吸附時(shí)間對(duì)磷去除效果的影響

在20℃、改性沸石加入量為6g/L，pH值為7的條件下，考察不同吸附時(shí)間對(duì)磷去除效果的影響[5]，結(jié)果如圖4。

由圖4可以看出，改性沸石對(duì)廢水中磷的吸附達(dá)到100min后吸附基本達(dá)到最大值；其后隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，改性沸石對(duì)磷的去除率沒有明顯變化。因此，選取最佳吸附時(shí)間為100min。

3 吸附機(jī)理初探

天然沸石具有四面體骨架結(jié)構(gòu)，其晶體內(nèi)部有很多空穴和通道，使其具有大的比表面積(400～800 m2/g)和良好的吸附性能。

以硫酸改性沸石，可將天然沸石中的鐵、鋁、鎂、鈣離子等溶出，使沸石的孔道疏通，變成有許多孔洞的骨架，有利于吸附質(zhì)分子的擴(kuò)散。另外，PDMDAAC和陽(yáng)離子型聚季銨鹽都是帶有大量正電荷的陽(yáng)離子絮凝劑，兩者改性沸石后使其表面電性變?yōu)檎?，而廢水中的磷以帶負(fù)電的離子存在，正負(fù)相吸，從而提高了沸石對(duì)磷的去除率。

4 結(jié)論

(1) 沸石本身具有很強(qiáng)的吸附能力，用硫酸和高分子絮凝劑聚二甲基二烯丙基氯化銨和陽(yáng)離子型聚季銨鹽改性后提高了沸石的吸附效能。

(2) 最佳試驗(yàn)條件為改性沸石用量為6g/L、pH值為7、反應(yīng)溫度20℃、吸附時(shí)間100min，改性沸石對(duì)磷的去除率達(dá)98%以上。

[1]李超,朱邦輝.沸石吸附處理含磷廢水的研究進(jìn)展[J].廣東化工,2010,38(3):28-30.

[2]肖舉強(qiáng),李玉金,鄭輝.沸石除磷性能研究[J].甘肅環(huán)境研究與監(jiān)測(cè),2003,9(3):252-254.

[3]唐啟祥.天然沸石的改性及除磷性能的實(shí)驗(yàn)研究[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2007,35(S2):82-85.

[4]孫興濱,韓金柱,潘華鑒.沸石的改性及除磷性能研究[J].哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2010,26(2):161-164.

[5]周明達(dá),張暉,邵凱,等.改性沸石處理含磷廢水的實(shí)驗(yàn)研究[J].環(huán)境污染與防治,2005,27(2):137-138.

Study on Preparation of Modified Zeolite and Its Phosphorus Removal Performance

DENG Shu-ping
(Vocational and Technical College, Liaoning University of Petroleum ＆ Chemical Technology, Fushun 113001, China)

Zeolite was modified by macromolecular flocculant PDMDAAC、cationic polyquaternium(BT-3) and sulphuric acid.The effect of the dosage of modified zeolite, pH and the contacting time for dyeing wastewater were investigated. The results showed that the removal rate of arsenic can be over 98% with pH value 7, the dosage of modified zeolite was 6g/L and the adsorption time was 100min, reaction temperature was 20℃.

zeolite; modification; phosphorus; wastewater

P619.217;X701.1

A

1007-9386(2011)03-0044-02

2011-04-26