改性沸石對(duì)水中氮磷和染料的吸附作用.pdf

1、改革開放以來，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，大量含氮磷的生活污水和含染料的工業(yè)廢水未經(jīng)處理直接排放進(jìn)入水環(huán)境中。氮磷是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要因素，而染料大多有三致作用（致癌、致畸、致突變）。因此，氮磷廢水和染料廢水排入水體之前有必要先進(jìn)行處理。天然沸石是一種多孔材料，因其具有較大的比表面積和較高的陽(yáng)離子交換容量而被廣泛應(yīng)用于水處理行業(yè)中。天然沸石能有效地去除陽(yáng)離子污染物；通過改性后，改性沸石對(duì)陰離子污染物也有較好的去除效果。本文制備了鑭-四氧化三

2、鐵聯(lián)合改性沸石、溴化十六烷基吡啶改性沸石、羥基磷灰石-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石，并通過批量吸附實(shí)驗(yàn)考察了鑭-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石對(duì)水中氮磷的吸附作用，以及溴化十六烷基吡啶改性沸石和羥基磷灰石-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石復(fù)合材料對(duì)水中陰離子染料的吸附作用，以期為應(yīng)用改性沸石去除水中氮磷或陰離子染料提供幫助。
　　采用天然沸石、三價(jià)鑭離子、二價(jià)鐵離子、三價(jià)鐵離子等作為原材料，制備了鑭-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石，通過批量吸附實(shí)驗(yàn)考察了該改性沸

3、石對(duì)水中磷酸鹽和銨的吸附作用。結(jié)果表明鑭-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石對(duì)水中的磷酸鹽和氨氮具備較好的吸附去除能力。當(dāng)溶液pH值由6逐漸增加到11時(shí)，鑭-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石對(duì)水中磷酸鹽和銨的吸附能力逐漸下降。Langmuir等溫吸附模型能較好的擬合鑭-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石對(duì)水中磷酸鹽和銨的吸附平衡數(shù)據(jù)。根據(jù)Langmuir模型計(jì)算得到的鑭-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石對(duì)水中磷酸鹽和銨的最大單位吸附量分別為12.9 mg/g（以磷計(jì)）和6.99

4、mg/g（以銨計(jì)）。鑭-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石對(duì)水中磷酸鹽和銨的吸附動(dòng)力學(xué)過程可以采用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程較好地描述。升高反應(yīng)溫度增強(qiáng)了鑭-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石對(duì)水中磷酸鹽和銨的吸附。溶液存在的氯離子、硫酸根離子和碳酸氫根離子對(duì)鑭-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石吸附磷無(wú)負(fù)面影響。溶液存在的鉀離子對(duì)鑭-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石吸附銨的負(fù)面影響最大，其次為鈉離子，鈣離子的負(fù)面影響最小。當(dāng)溶液pH值為7時(shí)，鑭-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石對(duì)磷和銨的吸附機(jī)制分別

5、是配位體交換作用和陽(yáng)離子交換作用。
　　采用溴化十六烷基吡啶（CPB）對(duì)天然沸石進(jìn)行改性制備得到了CPB改性沸石，通過批量吸附實(shí)驗(yàn)考察了CPB改性沸石對(duì)水中陰離子染料甲基橙的去除作用。CPB改性沸石對(duì)水中甲基橙的吸附能力隨CPB負(fù)載量的增加而增加，CPB負(fù)載量最大的改性沸石對(duì)水中甲基橙的吸附能力最強(qiáng)。雙分子層CPB改性沸石對(duì)水中甲基橙的去除率隨吸附劑投加量的增加而增加，而CPB改性沸石對(duì)水中甲基橙的單位吸附量則隨吸附劑投加量的增加

6、而降低。雙分子層CPB改性沸石對(duì)水中甲基橙的吸附平衡數(shù)據(jù)可以采用Langmuir等溫吸附模型加以描述。根據(jù)Langmuir模型計(jì)算得到的CPB負(fù)載量為341 mmol/(kg沸石)的雙分子層CPB改性沸石對(duì)水中甲基橙的最大吸附容量為63.7 mg/g（303 K和pH7）。準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型適合用于描述雙分子層CPB改性沸石對(duì)水中甲基橙的吸附動(dòng)力學(xué)過程。pH和反應(yīng)溫度對(duì)雙分子層CPB改性沸石吸附水中甲基橙的影響較小。
　　采用天然沸

7、石、可溶性磷酸鹽、鈣離子、二價(jià)鐵離子、三價(jià)鐵離子做為原材料，制備得到羥基磷灰石-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石，對(duì)該復(fù)合材料進(jìn)行了表征，并考察了該改性沸石對(duì)水中剛果紅的吸附作用。結(jié)果表明，羥基磷灰石-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石對(duì)水中的剛果紅具備良好的吸附能力。當(dāng)pH由3增加到4或由7增加到11時(shí)，羥基磷灰石-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石對(duì)水中剛果紅的去除能力下降；當(dāng)pH由4增加到7時(shí)，對(duì)剛果紅的吸附能力基本保持不變。羥基磷灰石-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石對(duì)水

8、中剛果紅的去除率隨吸附劑投加量的增加而增加，而對(duì)水中剛果紅的單位吸附量則隨吸附劑投加量的增加而降低。羥基磷灰石-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石對(duì)水中剛果紅的吸附動(dòng)力學(xué)過程可以較好地采用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型加以描述，對(duì)剛果紅的吸附平衡數(shù)據(jù)可以采用Langmuir和Freundlich等溫吸附模型加以描述。根據(jù)Langmuir模型確定的最大吸附容量為117 mg/g（pH7和303 K）。羥基磷灰石-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石對(duì)水中剛果紅的吸附是自發(fā)吸熱并

9、伴隨熵增加的過程。當(dāng)pH為7時(shí)，羥基磷灰石-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石吸附水中剛果紅的主要機(jī)制包括表面配位作用、氫鍵作用以及路易斯酸堿反應(yīng)。采用熱再生的方法可以使吸附剛果紅后的羥基磷灰石-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石得到再生，熱再生后的改性沸石可以循環(huán)使用并且對(duì)水中剛果紅的吸附性能良好。X射線衍射分析結(jié)果表明羥基磷灰石-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石含F(xiàn)e3O4，具備較高的磁飽和強(qiáng)度。該改性沸石吸附剛果紅后可以很容易地通過外加磁場(chǎng)的作用快速與水溶液分離。