沸石活化与再生实验研究

2006 年 10 月
谭凤训等 :沸石活化与再生实验研究
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库水过滤实验 ,滤料高度 60 cm。对使用过的活化沸 石分别用 5 % HCl 、NaOH、NaCl 溶液浸泡 3 h ,再清洗 后进行吸附实验 。
2 结果与讨论
211 吸附实验结果 测定 CODMn和 NH3 - N 的吸附效果 ,见图 1 、图 2 。
焙烧活化 :将预处理后的天然沸石颗粒进行焙 烧 ,温度分别控制在 100 、200 、300 、400 、500 、600 、700 、 800 、900 ℃,时间 2 h ,每个样品取 1 g 进行吸附实验 。
焙烧 + 化学活化 :采用 700 ℃焙烧 215 h 后的沸 石 ,再用各种化学药剂如酸 、碱或盐进行浸泡活化 3 h : ①5 %的 HCl 浸泡后 ,再用 Na2CO3 中和至中性 , 然后用水洗净 ; ②5 %的 NaOH 溶液浸泡后 ,用水洗 净 ; ③5 %的 NaCl 溶液浸后 ,用水洗净 。 113 过滤与再生实验
1 —CODMn ;2 —NH3- N
图 4 焙烧时间对吸附 CODMn 、NH3 - N 去除效果
表 1 焙烧 + 化学活化对沸石吸附 CODMn 、NH3 - N 的影响
制备方法 焙烧 焙烧 + HCl 焙烧 + NaOH 焙烧 + NaCl
CODMn
2158
2192
2190
2185
NH3- N
Oct . 2006 ·140 ·
现代化工 Modern Chemical Industry
第 26 卷增刊 (2) 2006 年 10 月
沸石活化与再生实验研究
谭凤训 ,武道吉 ,李秋梅 ,李 满 (山东建筑大学市政与环境学院 ,山东 济南 250101)
摘要 :以丝光沸石处理济南某水库微污染水为例 ,通过实验考察沸石去除水中 CODMn、NH3- N 的效能 ,研究沸石的活化和再
些阳离子活性也随之被激活 ,更多的可交换阳离子 暴露在沸石表面 , 因此对氨氮的吸附能力不断升 高[5 - 6] ;在 700 ℃时比表面积达到最大 ,沸石空腔和 孔道内的结晶水已全部释放 ,可交换的阳离子也被 全部激活 ,吸附能力达最大值 。温度继续升高 ,沸石 的晶格骨架结构遭破坏 ,致使其晶格塌陷 ,孔道堵 塞 ,固体的总表面积也随即减小 ,吸附效能降低[7] 。 图 4 是在焙烧温度 700 ℃, 时间 110 、115 、210 、215 、 310 、315 、410 h 条件下的沸石吸附效能实验结果 ,可 以看出焙烧时间在 215 h 左右 ,沸石对 CODMn 、NH3 N 的吸附效果最佳 。
水中 CODMn 、NH3 - N 的去除率均随着沸石投加量的 升高而增大 。当沸石投加量为 015 g/ L 时 ,CODMn 、 NH3 - N 去 除 率 分 为 1119 %、1410 % ; 当 投 加 量 为 1 g/ L 时 , CODMn 、NH3 - N 去 除 率 分 为 2318 %、 2810 % ,继续加大沸石用量 ,CODMn的去除率增长逐 渐变缓 ,NH3 - N 的去除率则基本不变 ; 当投加量大 于 10 g/ L 时 ,沸石对水中 CODMn的去处也已无明显 变化 。而单位沸石的对水中 CODMn和 NH3 - N 的吸 附量 ,均随沸石投加量的升高而下降 。
1 —CODMn ;2 —NH3- N
图 3 焙烧温度对吸附 CODMn 、NH3 - N 去除效果
1 —NH3- N ;2 —CODMn
图 1 CODMn 、NH3 - N 去除效果
1 —NH3- N ;2 —CODMn
图 2 天然沸石吸附量
212 沸石活化实验结果 单纯焙烧的活化效果见图 3。焙烧开始阶段沸
1 —NH3- N ;2 —CODMn
图 7 活化沸石过滤试验 再生实验结果见表 2 。NaOH 溶液浸泡再生效
3 结语
天然沸内石的孔穴和孔道中有与其架状骨架松 散结合的阳离子和水分子 ,通过焙烧使其孔道和孔 穴中的杂质和水分子得到清空 ,再使用化学药剂进 一步对其活化 ,从而具有良好的离子交换性能和很 强的吸附性能 ,可有效去除去除水中的氨氮和有机 物 。利用丝光沸石处理济南某水库水实验研究表 明 ,其最佳活化方法为 :焙烧活化温度 700 ℃、215 h 后 ,再经 NaCl 质量分数 5 %的溶液浸泡 3 h 。使用后 的活化沸石经 5 % NaOH 溶液浸泡 3 h 后 ,可有效恢 复其吸附 CODMn 、NH3 - N 的效能 。
果最佳 ,这是由于在碱性条件下 ,可更有利于被吸附 的 NH4 + 转化为 NH3 分子而去除 ; 且 OH - 可以破坏
某些被吸附有机物的吸附平衡 ,使其脱除 ,从而达到 更好的 再 生 效 果[9 - 10 ] , 提 高 活 化 沸 石 对 CODMn 的 去除 。
表 2 再生方式对沸石吸附 CODMn 、NH3 - N 的影响
Study on activation and regeneration of zeolite TAN Feng2xun , WU Dao2ji , LI Qiu2mei , LI Man
(School of Municipal and Environment Engineering , Shandong Jianzhu University , Jinan 250101 , China)
1 实验部分
111 天然沸石的吸附试验 以山东省潍坊出产的丝光沸石为实验对象 ,实
验水样取自以黄河水为水源的济南某水库 , 水温 (18 ±2) ℃,CODMn和 NH3 - N 质量浓度分别为 411 、 0127 mg/ L 。首先对天然丝光沸石进行预处理 : 筛 选 ,颗粒粒径控制在 60～80 目 ;洗涤 、干燥 (110 ℃) 。 取 110 、215 、510 、715 、1010 、1215 、1510 g 沸石 ,分别置 于 1 L 水样的烧杯中 ,搅拌 10 min ,静止放置 30 min 后 ,测定 CODMn和 NH3 - N 的吸附效果 。 112 沸石活化实验
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现代化工
第 26 卷增刊 (2)
艺操作 ,建议采用焙烧 + NaCl 活化方式 。 图 5 、图 6 分别为 NaCl 溶液浸泡时间和浓度对
活化沸石吸附 NH3 - N 的影响实验 ,可以看出 ,初始 阶段随着浸泡时间的增加 ,沸石对 NH3 - N 的吸附容 量提高 ,超过 3 h 后吸附容量基本不再变化 。而浓 度对 NH3 - N 的吸附影响曲线显示 ,吸附容量极大值 出现在质量分数 5 %左右 。
01087
01176
01177
01180
焙烧 + 化学处理的活化效果见表 1 。可以看出 此方式比单纯焙烧活化方式沸石对 CODMn 、NH3 - N 的吸附容量均提高 ,且 HCl 、NaOH 和 NaCl 3 种药剂 的效果差别不大 , CODMn提高 10 %左右 、而 NH3 - N 提高 1 倍左右 ,这是由于药剂浸泡对沸石的比表面 积影响不大 ,但可通过离子交换作用使沸石表面变 成更单一的可交换阳离子 ,从而极大地提高了沸石 对水中 NH4 + 的离子的交换容量 ,从而提高了沸石 对 NH3 - N 的吸附容量[8 - 9] 。实际应用时为减化工
参考文献
[1 ] 曹建劲. 沸石活化及其在水处理中的应用研究[J ] . 重庆环境科 学 ,2003 (12) :170.
Key words : zeolite ; slightly2polluted water ; activation ; regeneration
沸石是沸石族矿物的总称 ,是一种含水的碱金 属或碱土金属的铝硅酸矿物 。沸石的化学组成十分 复杂 ,因种类不同有很大差异 。其中含有碱金属和 碱土金属如 Na + 、Ca2 + 及 Sr2 + 、Ba2 + 、K+ 、Mg2 + 等离 子 ,这些碱和碱土金属离子极易与周围水溶液中的 阳离子发生交换作用 ,交换后的沸石晶格骨架结构 不被破坏 ,并可再生 ,从而使沸石具有离子交换树脂 的特性 。沸石架状晶格形成大量孔道和孔穴 ,而且 有很大的比表面积 (500～1000 m2/ g) ,因而有很强的 吸附性[1] 。但不同沸石的成分 、电场 、晶格不同 ,孔 道和孔穴的数量和特性均不同 ,因此各种沸石对不 同成分的粒子团吸附性有很大差别 ,即所谓选择吸 附性[2] 。如经焙烧 、酸处理或碱处理或盐处理等方 法或其组合对沸石进行活化 ,使沸石中阳离子变成 单一的某种需要的阳离子 ,并脱除水份 ,保持晶体结 构不变 ,从而形成内表面更大的孔穴吸附 ,并储存大 量的极性分子 ,其吸附量比一般的固体颗粒大得多 , 能在工业生产中广泛应用[3 - 4] 。笔者以丝光沸石处 理济南某水库微污染水为例 ,通过实验考察沸石去 除水中 CODMn 、NH3 - N 的效能 ,研究了沸石的活化和 再生 。
采用焙烧 + NaCl 活化方式加工的沸石进行水
收稿日期 :2006 - 08 - 10 基金项目 :山东省中青年科学家基金 (2004bs08012) 作者简介 :谭凤训 (1965 - ) ,女 ,研究生 ,副教授 ,主要从事环境工程教学与研究工作 ,tfx @sdjzui . edu. cn 。
Abstract: A mordenite was used to treat slight2pollution water from a reservoir of Jinan City. The activation and regeneration of mordenite was studied by its removing efficiency of CODMn and NH32N. The optimal activation method was determined as follows :roasted at 700 ℃for 215 h ,then dipped in 5 % NaCl solution for 3 h. The optimal regeneration method for zeolite was only dipping it in 5 % NaOH solution for 3 h.