改性沸石對水中氮磷和染料的吸附作用.pdf

1、改革開放以來，中國的經(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離子污染物；通過改性后，改性沸石對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、三價鑭離子、二價鐵離子、三價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，鑭-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石對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)合改性沸石對水中磷酸鹽和銨的吸附平衡數(shù)據(jù)。根據(jù)Langmuir模型計算得到的鑭-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石對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）和6.99

4、mg/g（以銨計）。鑭-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石對水中磷酸鹽和銨的吸附動力學(xué)過程可以采用準(zhǔn)二級動力學(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鑭-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石吸附磷無負(fù)面影響。溶液存在的鉀離子對鑭-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，鑭-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石對磷和銨的吸附機(jī)制分別

5、是配位體交換作用和陽離子交換作用。
　　采用溴化十六烷基吡啶（CPB）對天然沸石進(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改性沸石對水中陰離子染料甲基橙的去除作用。CPB改性沸石對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水中甲基橙的吸附能力最強(qiáng)。雙分子層CPB改性沸石對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)二級動力學(xué)模型適合用于描述雙分子層CPB改性沸石對水中甲基橙的吸附動力學(xué)過程。pH和反應(yīng)溫度對雙分子層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、二價鐵離子、三價鐵離子做為原材料，制備得到羥基磷灰石-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石，對該復(fù)合材料進(jìn)行了表征，并考察了該改性沸石對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，羥基磷灰石-四氧化三鐵聯(lián)合改性沸石對水中剛果紅的去除能力下降；當(dāng)pH由4增加到7時，對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)合改性沸石對水中剛果紅的吸附動力學(xué)過程可以較好地采用準(zhǔn)二級動力學(xué)模型加以描述，對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，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的作用快速與水溶液分離。