復(fù)合改性沸石對氨氮廢水的處理研究

常聞捷+曲珍杰+劉樹洋+姜偉立

摘要：本研究對沸石進(jìn)行氯化鈉浸漬處理，再通過超聲波技術(shù)進(jìn)行復(fù)合改性，進(jìn)一步考察沸石吸附性能隨吸附時間、溫度等因素的影響，比較了人工沸石與復(fù)合改性沸石對氨氮吸附性能的優(yōu)劣。結(jié)果表明，在沸石投加量為50g/L、吸附時間60min、25℃條件下，聯(lián)合功率為200W的超聲波強(qiáng)化后，氨氮吸附性能可提升至92%以上。

關(guān)鍵詞：沸石改性；超聲波；氨氮廢水；吸附

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2017）04-0147-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.070

Abstract： In this study， the zeolite was modified by NaCl impregnation， then modified by ultrasonic technology. Then， the effects of adsorption time and temperature on adsorption ability of modified zeolite were studied. Also， Comparison of the adsorption properties was done between artificial zeolite and modified zeolite. The results show that the adsorption performance can increase to 92% under the condition of 50g/L zeolite dosage， 60minutes adsorption time and 200W joint power of ultrasonic intensification.

Key words： Zeolite modification； Ultrasonic； Ammonia nitrogen wastewater； Adsorption

氨氮廢水中氮主要以游離氮（NH3）和氨離子（NH4+）的形式存在[1]，經(jīng)微生物作用后極易轉(zhuǎn)化為硝氮和亞硝氮，具有一定毒性。工業(yè)氨氮廢水通常多采用吸附法去除[2]，吸附作用是不相溶的兩相，某一組份或者某幾種組份在界面相中的濃度大于體相的一種積聚現(xiàn)象[3]。沸石作為吸附材料對陰陽離子均具有將強(qiáng)的選擇吸附性能[4，5]，由于強(qiáng)度高、成本低、耐磨性強(qiáng)等特點(diǎn)，大量的研究者對沸石的吸附效果進(jìn)行了廣泛研究[6-8]。

1 材料與方法

本試驗(yàn)采用氯化鈉浸漬、超聲聯(lián)合改性的方式對沸石進(jìn)行處理，考察沸石吸附性能隨吸附時間、溫度等因素的影響。設(shè)備主要由機(jī)械攪拌裝置、超聲波發(fā)生器、溫控恒溫水浴加熱鍋等部件組成，另制備1000 mg/L的氨氮標(biāo)準(zhǔn)液，儲備待用。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸附時間與溫度的影響

取多份標(biāo)準(zhǔn)液分別加入2～6g沸石，在15～40℃條件下分別反應(yīng)20～100min，分別采用200r/min恒溫攪拌與200W超聲下進(jìn)行改性吸附。在達(dá)到反應(yīng)時間后快速取上清液過濾，觀察氨氮的去除率。結(jié)果顯示，反應(yīng)溫度宜選取25℃，吸附時間宜為60～90 min之間。

2.2 沸石改性的影響

采用氯化鈉溶液對沸石進(jìn)行復(fù)合改性處理，將處理后的沸石各取5g放入100mL標(biāo)準(zhǔn)液中，在25℃恒溫攪拌和200W超聲的聯(lián)合作用下反應(yīng)至吸附平衡。隨著改性氯化鈉濃度的升高，氨氮去除效率由74%提升至92%。主要原因是由于改性沸石中Ca2+、Mg2+等離子被Na+離子替代，NH4+離子交換作用增強(qiáng)，氨氮去除率提高。

2.3 SEM與BET表征分析

通過掃描電鏡（SEM）和比表面積分析儀（BET）對改性后沸石的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。經(jīng)氯化鈉改性后，沸石的表面粗糙度增加，比表面積由17.1m2/g提升至19.2m2/g，平均吸附孔徑由0.897nm提升至0.901nm。通過聯(lián)合超聲處理后，沸石表面結(jié)構(gòu)更加規(guī)整，比表面積提高到23.7m2/g，平均吸附孔徑提升至1.037nm。

3 結(jié)論

通過對沸石吸附性能隨吸附時間、溫度等因素的研究發(fā)現(xiàn)，在60～90min吸附時間、25℃條件下，沸石能夠達(dá)到最大吸附量。在引入超聲波改性的條件下，去除效率提高5%～10%。使用氯化鈉聯(lián)合超聲協(xié)同復(fù)合改性后，沸石結(jié)構(gòu)明顯改善，比表面積和平均吸附孔徑均顯著增加，吸附性能明顯提升，氨氮吸附效率可提升至92%以上。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉莉峰， 宿輝， 李鳳娟等. 氨氮廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].工業(yè)水處理，2014，（11）：13-17.

[2] 潘新生，賈志宇，楊海真.廢水中氨氮的處理技術(shù)[J].凈水技術(shù)，2006，（04）：44-46.

[3] 趙振國. 吸附作用應(yīng)用原理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[4] Malekian R， Abedi-Koupai J， Eslamian S S， et al. Ion-exchange process for ammonium removal and release using natural Iranian zeolite[J]. Applied Clay Science， 2011， 51（3）：323-329.

[5] Widiastuti N， Wu H， Ang H M， et al. Removal of ammonium from greywater using natural zeolite[J]. Desalination， 2011， 277（1–3）：15-23.

[6] Liu H， Peng S， Shu L， et al. Effect of Fe3O4 addition on removal of ammonium by zeolite NaA[J]. Journal of Colloid & Interface Science， 2013， 390（1）：204.

[7] 劉崇敏，黃益宗，于方明，伍文，鐘敏，孫曉鏵，徐峰.改性沸石及添加CaCl2和MgCl2對重金屬離子Pb2+吸附特性的影響[J]. 環(huán)境化學(xué)，2013，（05）：803-809.

[8] Lin L， Lei Z， Wang L， et al. Adsorption mechanisms of high-levels of ammonium onto natural and NaCl-modified zeolites[J]. Separation & Purification Technology， 2013， 103 （15）： 15-20.

作者簡介：常聞捷（1984-），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)榱饔蛩h(huán)境管理、水污染控制、環(huán)境化學(xué)。