沸石改性及其對(duì)去除水中氨氮研究

陳卓君

（廣東中強(qiáng)環(huán)保設(shè)備工程有限公司中山分公司廣東中山528403）

沸石改性及其對(duì)去除水中氨氮研究

陳卓君

（廣東中強(qiáng)環(huán)保設(shè)備工程有限公司中山分公司廣東中山528403）

天然沸石在自然界中的儲(chǔ)備豐富，在水處理中具有廣泛的應(yīng)用前景。本文介紹了幾種沸石的主要改性方法，包括：物理改性法、酸性改性法、堿性改性發(fā)、無(wú)機(jī)鹽改性法。并討論了以上改性沸石去除水中氨氮的機(jī)理，并分析了沸石不同改性方法對(duì)氨氮去除效果的研究，并對(duì)未來(lái)改性沸石的研究進(jìn)行了展望。

改性沸石；去除；氨氮；機(jī)理

1　引言

天然沸石因其在地殼中豐富的儲(chǔ)備、成本低廉，沸石內(nèi)部獨(dú)有的四面體結(jié)構(gòu)，使沸石具有比表面積大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，沸石內(nèi)部孔穴、孔道直徑要大于NH4+直徑。因此，沸石對(duì)于廢水中的氨氮具有較高的吸附性能，在水處理中被廣泛應(yīng)用。

2　沸石的改性方法

2.1物理改性法

沸石的表面物理結(jié)構(gòu)特性包括沸石的比表面積、孔體結(jié)構(gòu)、孔徑分布，這決定了沸石物理吸附能力。沸石的物理改性法是指經(jīng)過(guò)高溫焙燒等方法，改變沸石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，達(dá)到增加沸石的比表面積的目的。沸石的物理改性一般溫度控制在100℃～600℃，通過(guò)焙燒，可以使沸石的機(jī)械強(qiáng)度大大加強(qiáng)。

2.2酸性改性法

沸石的酸性改性法是指通過(guò)酸性物質(zhì)對(duì)沸石進(jìn)行活化，通過(guò)酸性活化可以有效溶解堵塞在沸石孔道中的雜質(zhì)，達(dá)到疏通沸石內(nèi)部孔道的目的；另外，無(wú)機(jī)酸中半徑小的H+可通過(guò)置換了沸石孔道中的Na+、Ca2+、Mg2+等陽(yáng)離子，拓寬了沸石孔道內(nèi)部的有效空間，從而大大提高了沸石的吸附能力；同時(shí)，無(wú)機(jī)酸活化能改變沸石的結(jié)晶構(gòu)造，增加其吸附活性。

2.3堿性改性法

沸石的堿性改性是指通過(guò)堿能夠有效的脫除沸石骨架的硅分子，降低沸石的硅鋁比，通過(guò)堿性改性引入的堿性陽(yáng)離子，能夠提高沸石的陽(yáng)離子交換效果。

2.4無(wú)機(jī)鹽改性法

無(wú)機(jī)鹽改性沸石，無(wú)機(jī)鹽中的陽(yáng)離子可平衡沸石內(nèi)部四面體上負(fù)電荷，導(dǎo)致沸石單元層間作用力較弱，離子交換容量增加。無(wú)機(jī)鹽中陰離子可與溶液中的其他陰離子進(jìn)行交換；無(wú)機(jī)鹽中陽(yáng)離子如Na+、Mg2+可以在沸石表面形成水合磷酸鹽。

3　各種沸石的改性去除氨氮的效果

3.1物理改性法

佟小薇等對(duì)廣西天然沸石進(jìn)行研究，對(duì)不同粒徑的天然沸石在馬弗爐中，經(jīng)過(guò)200℃、300℃、400℃、500℃、700℃條件下焙燒2h，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過(guò)200℃、300℃、400℃條件下焙燒改性后，改性沸石對(duì)于氨氮的吸附量?jī)H有小幅度的提升，在400℃、500℃、700℃條件下焙燒后吸附量明顯下降，這表明在高溫條件下進(jìn)行焙燒，導(dǎo)致沸石的結(jié)構(gòu)破壞。研究結(jié)果表明，僅通過(guò)高溫焙燒等物理改性方法對(duì)于天然沸石對(duì)氨氮的吸附量增加較小，而且，經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的大量研究表明，天然沸石先經(jīng)過(guò)無(wú)機(jī)酸、堿的活化后，再經(jīng)高溫焙燒，能夠大大提高沸石的吸附性能和離子交換性能。

3.2酸性改性法

江喆等人研究發(fā)現(xiàn)180目的粉狀天然沸石分別采用不同濃度的無(wú)機(jī)酸溶液進(jìn)行改性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，無(wú)機(jī)酸對(duì)沸石改性，能有效提高沸石對(duì)于氨氮的吸附效果有一定程度的提高。當(dāng)采用濃度為0.1mol/L無(wú)機(jī)酸對(duì)沸石進(jìn)行改性后，利用改性沸石去除含10mg/L的氨氮模擬廢水，其氨氮的去除率可達(dá)到76%，而隨著無(wú)機(jī)酸的濃度的升高，去除率逐漸降低。

3.3堿性改性法

張志華等人研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)采用低濃度的無(wú)機(jī)堿液對(duì)天然沸石進(jìn)行改性，可以在天然沸石的表面形成出孔徑規(guī)整的介孔，并且低濃度的無(wú)機(jī)堿液不會(huì)改變沸石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在利用無(wú)機(jī)堿進(jìn)行改性的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)隨著堿液濃度增加以及改性時(shí)間延長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致沸石對(duì)于氨氮吸附率降低。這可能是由于隨著堿液濃度的升高，導(dǎo)致天然沸石的表面出現(xiàn)裂縫，甚至?xí)茐姆惺w粒結(jié)構(gòu)。

3.4無(wú)機(jī)鹽改性法

馮靈芝等通過(guò)試驗(yàn)研究NaCl、KCl、CaCl2對(duì)于天然沸石的改性效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)NaCl改性的沸石對(duì)氨氮的吸收效果較為理想，經(jīng)過(guò)濃度為6%的NaCl溶液進(jìn)行改性，沸石對(duì)于氨氮去除率可達(dá)95.3%。

4　存在的問(wèn)題及結(jié)論

天然沸石由于其具有的優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者已經(jīng)開展對(duì)于沸石改性的研究，重點(diǎn)是研究了天然沸石對(duì)于去除廢水中氨氮的機(jī)理、規(guī)律等，但這些研究大部分是處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，研究沸石對(duì)于低濃度氨氮溶液的去除效果，但對(duì)于應(yīng)用于去除生活廢水中的氨氮的研究較少。這主要是由于改性沸石受pH值、溫度等因素的影響較大，而實(shí)際污水水質(zhì)成分復(fù)雜、變化大，對(duì)于改性沸石的大規(guī)模推廣使用有影響。在未來(lái)對(duì)于改性沸石的研究，應(yīng)加強(qiáng)沸石的微觀結(jié)構(gòu)的研究，能夠好的提高沸石的吸附能力。

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