沸石对氨氮的吸附行为研究
天然沸石对氨氮的吸附特性研究
山西大学学报(自然科学版)34(3):485~491,2011Journal o f Shanx i U niver sity(N at.Sci.Ed.)文章编号:0253-2395(2011)03-0485-07天然沸石对氨氮的吸附特性研究邹娟,郭雪松,李琳,刘俊新*(中国科学院生态环境研究中心,北京100085)摘要:从天然沸石对氨氮的吸附动力学、吸附平衡、pH对吸附的影响及其作为垂直流人工湿地(V ertical flow co nstr ucted wetland,VF CW)的填料处理生活污水的效果进行了研究.结果表明,该沸石对氨氮的吸附行为符合Langmuir和F reundlich吸附等温式,最大吸附量为8.10mg/g;与颗粒内扩散模型相比,假二级反应模型能更好地描述沸石对氨氮的吸附全过程;沸石吸附氨氮的最佳pH为4.0~8.0.VF CW对氮的去除率(R,%)前3个月在90%以上,随后的7个月逐渐降低;当进水氨氮累计量与VF CW内沸石可吸附的最大氨氮量的比例(r)[150%时,R与r呈线性关系.关键词:污水处理;氨氮去除;沸石;吸附;垂直流人工湿地中图分类号:X703文献标识码:A0引言随着我国农村经济的发展,农村水环境污染日趋严重,其治理迫在眉睫[1].人工湿地具有无能耗、运行费用省和操作管理简便等特点,是适用于处理农村生活污水的技术之一[2].传统人工湿地采用土壤作为填料,脱氮效果特别是运行前期的脱氮效果有限.近年来,人工湿地填料的选择已成为研究的热点之一[3-5].天然沸石具有硅铝晶体结构,对氨氮的吸附效果好[6],且来源广泛,价格低廉,将其作为人工湿地的填料,可提高湿地的脱氮效果[7].但沸石对氨氮的吸附性能与人工湿地的脱氮效果之间的联系研究报道很少.在研究沸石对氨氮的吸附性能的基础上,构建以沸石为填料的垂直流人工湿地(Vertical flow co nstr uc-ted w etland,VFCW),用于处理生活污水,探讨VFCW运行前期的脱氮效果与沸石对氨氮的吸附性能之间的关系,为其设计和运行提供技术支撑.1实验材料与方法1.1沸石吸附剂的制备及其理化性质的测定所采用沸石为不规则颗粒状,粒径4~8m m,容重1.10t/m3,空隙率35%,含水率2.55%.破碎后过100目筛,105e烘干,用于氨氮的静态吸附批量试验.沸石的晶体结构及矿物成分通过Scintag-XDS-2000型X射线衍射仪(XRD,Cu K A,2H=5~40b)测定;化学组分采用扫描型波长色散X射线荧光光谱仪(WDXRF)测定;表面结构和形貌采用S-3000N(H itachi)型扫描电子显微镜(SEM);比表面积和孔径通过A SAP200(M icro metr itics Co.)型比表面分析仪测定.1.2沸石对氨氮的吸附动力学用去离子水配制50mg/L NH4Cl溶液,调节pH为7.0,移取450mL于三角瓶中,加入2.5g制备好的沸石,再加入3滴氯仿作为微生物抑制剂,每组3个平行.将三角瓶置于摇床中,180r/min,25e恒温振荡.在吸附时间分别为0min、5m in、10min、20min、30m in、1h、2h、3h、5h、7h、10h、14h、20h和24h取样,样品用0.45L m滤膜过滤,分析滤液中的NH+4-N浓度.*收稿日期:2010-04-22;修回日期:2011-05-12基金项目:国家科技重大专项/水污染控制与治理0资助(编号2008ZX07101-006-03)作者简介:邹娟(1982-),女,湖南人,博士,主要从事水污染控制技术研究.*通讯联系人:E-mail:jxliu@1.3 沸石对氨氮的等温吸附试验用去离子水配制NH 4+-N 浓度分别为0、5、10、20、30、50、100、200、300和500m g/L 的NH 4Cl 溶液,调节pH 为7.0,分别移取50mL 于100mL 离心管中,加入500mg 沸石,再加入3滴氯仿,每组3个平行.将离心管置于摇床中,180r/min,25e 恒温振荡24h 后取样,样品用0.45L m 滤膜过滤,分析滤液中的NH 4+-N 浓度.1.4 pH 对沸石吸附氨氮的影响用去离子水配制50mg /L 的NH 4Cl 溶液,调节pH 分别为3、4、5、6、7、8、9、10和11,移取50mL 于100mL 离心管中,加入500m g 沸石,再加入3滴氯仿,每组3个平行.将离心管置于摇床中,180r /min,25e 恒温振荡24h 后取样,样品用0.45L m 滤膜过滤,分析滤液中的NH +4-N 浓度,同时测定溶液的pH.1.5 沸石垂直流人工湿地的构建与启动运行垂直流人工湿地(VFCW)面积为0.75m 2(L @W = 1.5m @0.5m),填料层高度为50cm.其中,下层填充15cm 高粒径为6~25m m 的鹅卵石;上层填充35cm 高粒径为4~8m m 的沸石.VFCW 顶部设有布水管,底层铺设集水管.VFCW 的进水为厌氧池预处理后的生活污水,进水前先用自来水冲洗直到出水氮含量低于检测限.2009年1月至3月,逐步增加进水流量,从60L/d 至150L/d(即水力负荷从76.8mm/d 至192mm/d);2009年4月至10月,进水流量保持150L/d.每月取两次进水和出水,分析水质指标.1.6 分析方法水样的测定采用5水和废水监测分析方法6中的标准方法[8].沸石对氨氮的吸附量按下式计算[9]:Q e =V(C 0-C e )W (1)式中:Q e 为吸附平衡时NH 4+在沸石上的吸附量(m g/g);W 为沸石质量(g);V 为溶液体积(L);C 0为溶液中氨氮的浓度(mg/L);C e 为吸附平衡时溶液中剩余的氨氮浓度(mg /L).2 结果与讨论2.1 沸石的理化特征沸石的XRD 衍射图谱如图1示,其矿物含量为:38%石英,33%斜发沸石,15%透长石,8%伊利石,6%方沸石.图1 天然沸石的XRD 衍射图谱Fig.1 XRD fig ur e of the natur al zeolite天然沸石、静态吸附氨氮后沸石和V FCW 中沸石的化学组分和表面形态分别如表1和图2(P487)所示.由表1可知,吸附氨氮后沸石和VFCW 内沸石的K 、Ca 和Fe的含量明显减少,而Al 的含量有所增加,表明沸石对氨氮的去除过程中发生了离子交换[10-11].由图2可知,天然沸石表面粗糙多孔,吸附后沸石表面与吸附前差别不大,而VFCW 中沸石表面附着生长大量微生物,表明沸石适宜作为微生物附着的介质.天然沸石和VFCW 中沸石的BET 比表面积分别为10.58m 2/g 和19.00m 2/g,平均孔径分别为5.62nm 和5.70nm.与吸附前沸石相比,VFCW 中沸石平均孔径没有明显变化,比表面积增加了近2倍,这与VFCW 中沸石表面附着生长大量微生物有关.486山西大学学报(自然科学版) 34(3) 2011表1 天然沸石(吸附前)、静态吸附后沸石和湿地中沸石的化学组分Table 1 Composition of the natural zeolite before and after adsorption,and zeolite filled in the VFC W 氧化物SiO 2A l 2O 3K 2O CaO Fe 2O 3N a 2O M gO T iO 2P 2O 5Cl SO 3M nO O thers L O I 含量(%)吸附前65.4511.78 6.94 3.48 2.480.6130.4710.3390.5210.1840.130.1040.3147.20吸附后67.4313.91 5.61 1.80 1.710.7170.6090.2430.5360.0530.0390.0680.1667.11湿地内65.8815.35 4.50 2.11 1.28 1.230 1.4000.1880.0550.0030.0640.0310.1507.75图2 吸附前、静态吸附后和V F CW 中沸石的SEM 图Fig.2 SEMpho tos of zeolite befo re and aft er adso rptio n,and zeo lite filled in the V FCW2.2 沸石对氨氮的吸附动力学常用的动力学模型有假二级反应模型和颗粒内扩散模型.假二级反应模型的表达式如下:t Q t =1k 2Q e 22+1Q e 2t (2)式中:t 为吸附时间(min);Q t 为t 时刻NH 4+在沸石上的吸附量(mg/g);k 2为二级反应速率常数(g/(m g #min)).以Q t 或t/Q t 对t 作图,如图3所示.由图可得参数k 2和Q e 2的值,见表2.图3 沸石吸附氨氮的假二级反应模型拟合结果F ig.3 A mmonium adsor pt ion on zeo litefitted to t he P seudo -seco nd -or der M odel 图4 沸石吸附氨氮的颗粒内扩散模型拟合结果Fig.4 A mmonium adsor ption on zeo lite fitted to the Int ra -particle diffusio n M odel颗粒内扩散模型的表达式如下:Q t =k p t 1/2+C(3)式中:k p 为颗粒内扩散速率常数(m g/(g #min 1/2));C 为常数.以Q t 对t 1/2作图,如图4所示.由图可得参数k p 的值,见表2.表2 沸石吸附氨氮的假二级反应模型和颗粒内扩散模型的参数和相关系数Table 2 Rate constants and correlation coeff icients for thePseudo -second -order and Intra -particle dif fusion Model假二级反应模型(吸附时间为0~24h)颗粒内扩散模型(吸附时间为0~5h)k 2(g /(mg #min))Q e 2(mg /g )R 2k p (mg/(g #min 1/2))R 20.015 3.3700.99960.0920.976 由图3、图4和表2可知,当吸附时间在5h(300m in)以内时,颗粒内扩散模型和假二级反应模型均能很487邹娟等:天然沸石对氨氮的吸附特性研究好地描述沸石对氨氮的吸附过程;在整个吸附过程中(吸附时间为0~24h),颗粒内扩散模型和假二级反应模型拟合沸石对氨氮的吸附过程的相关系数R2分别为0.839(未列于表2)和0.9996,假二级反应模型能更好地描述沸石吸附氨氮的全过程.该沸石对氨氮的吸附过程可分为多步:第一步为快速吸附阶段,是液相NH+4扩散至沸石表面的过程;第二步为NH+4在沸石内部孔隙中的逐步扩散吸附过程;第三步为平衡吸附过程,此时颗粒内的扩散速率随着溶液中NH+4浓度的降低而变慢,NH+4最终达到固液两相平衡.NH+4在沸石孔隙中的迁移扩散过程为沸石吸附氨氮的速率控制步骤[11-12].2.3沸石对氨氮的等温吸附常用的吸附等温式有Langm uir和Fr eundlich.其中Langm uir公式如下:C e Q e =1Q maxC e+1Q max K L(4)式中:Q max为NH4+在沸石上的最大吸附量(mg/g);K L为Lang muir吸附常数(L/mg).Freundlich公式如下:ln Q e=1nln C e+ln K F(5)式中:n为与吸附亲和力相关的Fr eundlich常数;K F-为与吸附量相关的Freundlich常数(L/mg).NH+4在沸石上的吸附量Q e与溶液中NH4+的平衡浓度C e的关系如图5所示.Langm uir和Freundlich公式均能很好地描述沸石对氨氮的吸附作用,各参数见表3.图5沸石对氨氮的等温吸附Fig.5A mmonium sor ption on zeolite图6pH对沸石吸附氨氮的影响F ig.6Effect of pH on the ammo nium so rptio n o n zeolite表3沸石对氨氮的吸附行为用Langmuir和Freundlich公式拟合的参数值Table3Langm uir and Freundlich parameters f or NH+4adsorption on zeoliteL ang muir公式F reundlich公式Q ma x(mg/g)K L(L/mg)R21/n K F(L/mg)R28.1020.0410.9720.4660.7770.977金相灿等研究了陶粒、土壤、蛭石和沸石4种填料对氨氮的吸附效果,其中沸石的最大吸附量Q max为4.81mg/g[13];Yuqiu Wang等采用天然斜发沸石吸附去除垃圾渗滤液中氨氮的研究表明其最大吸附量Q max 为1.74mg/g[14].本试验所用沸石对氨氮的最大吸附量Q max为8.10m g/g,表明该沸石具有很好的氨氮吸附能力;1/n为0.47,表明该沸石对氨氮的吸附属于易吸附类型[15].2.4pH对沸石吸附氨氮的影响沸石对氨氮的吸附量随pH的变化如图6所示.当pH[8.0时,沸石对氨氮的吸附量变化不大,在3.4 ~4.1m g/g之间;当pH>8.0时,沸石对氨氮的吸附量随pH的升高显著降低,从3.39mg/g降至0.95 mg/g.沸石吸附氨氮的最佳pH范围为4.0~8.0,因此,该沸石可用于处理pH为中性的生活污水.2.5以沸石为填料的垂直流人工湿地的脱氮效果2009年1月至3月,垂直流人工湿地(VFCW)对污染物的去除效果与进水流量的关系如图7所示(P489). 488山西大学学报(自然科学版)34(3)2011随着进水流量的增加,VFCW 对COD 、BOD 5、NH +4-N 和T N 的去除效果基本不变,分别在55%~63%,62%~73%,91%~97%和91%~95%之间.这是由于VFCW 运行初期对氮的去除主要依靠沸石的吸附作用,其去除效果在一定流量范围内不受进水流量的影响.因此,不同于其他生物处理方法,VFCW 可以快速启动,无需一个逐步启动的过程.图7 进水流量对湿地污染物去除效果的影响F ig.7 Effect of inf luent flow on the po llutants remo val o f the VF CW2009年4月至10月,V FCW 对污染物的去除效果如图8所示.随运行时间的延长,有机物的去除率升高,氨氮和总氮的去除率逐渐降低.这是因为沸石上逐渐生长的异养微生物(如图2所示)可降解有机物,提高了VFCW 对有机物的去除效果.而对VFCW 中样品进行硝化细菌鉴定的实验结果全为阴性,表明此时的生物脱氮作用可以忽略不计,氮的去除仍然主要依靠沸石的吸附作用,随着沸石吸附氨氮逐渐饱和,VFCW 的脱氮效果逐渐降低.图8 V FCW 对污染物的去除随运行时间的变化F ig.8 Effect of operatio n t ime on the po llutants remo val o f the VF CW489 邹娟等:天然沸石对氨氮的吸附特性研究从2009年1月至10月,进水氨氮累计量(P ,kg)的计算式如下:P =E 10n=1P n (6)式中:P n 为每月进水氨氮总量(kg).VFCW 中沸石可吸附的最大氨氮量(P max ,kg )的计算式如下:P max =Q @V @Q max(7)式中:Q 为沸石容重(t /m 3);V 为VFCW 中沸石的体积(m 3).进水氨氮累计量与VFCW 中沸石可吸附的最大氨氮量的比例(r ,%)的计算式如下:r =P /P max(8) VFCW 对氨氮的去除率(R ,%)和r 之间的关系如图9所示.图9 R 与r 的关系Fig.9 Relatio nship of R and r由图9可知,当r [150%时,R 与r 呈线性关系,其关系式如下:R =-k @r +100(9)式中:k 为与进水负荷和VFCW 结构等相关的系数.本试验中,k 为0.46,相关系数R 2为0.95.根据此关系式,在已知VFCW 中沸石量和NH 4+在沸石上的最大吸附量的条件下,由进水量和氨氮浓度,可推算VFCW 在不同运行时段的脱氮效果;或在已知进水量、氨氮浓度和NH 4+在沸石上的最大吸附量的条件下,由不同运行时段需达到的脱氮效果,可反推VFCW 中需要填充的沸石的最低量.故在实际应用中,可指导VFCW 的设计和运行.3 结论天然沸石对氨氮的吸附行为符合Lang muir 和Freundlich 吸附等温式,NH +4在沸石上的最大吸附量为8.10mg /g.与颗粒内扩散模型相比,假二级反应模型能更好地描述沸石对氨氮的吸附全过程,二级反应速率常数k 2为0.015g/(m g #min).沸石吸附氨氮的最佳pH 为4.0~8.0,当pH >8时,NH +4在沸石上的吸附量随pH 的升高显著降低.采用沸石作为VFCW 的填料,可解决人工湿地前期脱氮效果差的问题,本试验中,VFCW 前3个月(平均水力负荷为134m m/d)的脱氮效果在90%以上.VFCW 对氨氮的去除率和进水氨氮累积量与VFCW 中沸石最大可吸附氨氮量的比例之间存在线性关系,本试验中确定其斜率k 为0.46.参考文献:[1] L iang H ,G ao M ,L iu J,et al .A N ov el Integr ated Step -Feed Bio film Pr ocess fo r the T reatment of Decentralized Do mest icWastew ater in Rur al A reas of China[J].J our nal of Env ir onmental Sciences ,2010,22(3):321-327.[2] Brix H ,A rias C A.T he U se o f Ver tical F lo w Constructed W et lands for on -Site T r eat ment of D omestic Wastewat er:N ew 490山西大学学报(自然科学版) 34(3) 2011Danish Guidelines[J].Ecol ogical Engineer ing ,2005,25(5):491-500.[3] 徐丽花,周琪.不同填料人工湿地处理系统的净化能力研究[J].上海环境科学,2002,21(10):603-605.[4] 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uptake on zeo lite.T he optimum adsorption capacity of ammo nium w as obtained at pH in the rang e of 4.0~8.0.And a vertical flow constructed w etland (VFCW)w as co nstr ucted w ith the zeolite.The results show ed that the am monium rem oval efficiency of VFCW (R,%)w as mo re than 90%in the first 3m onths of o peratio n,and decr eased gr adually in the subsequent 7months.When the rate of the cumulative amount of ammo nium in the influent to the max imum ammonium adso rption capacity of the zeo -lite filled in VFCW (r ,%)w as less than 150%,there w as a linear relationship betw een R and r ,w hich w ill be benefit fo r the desig n and operation o f VFCW in the actual application.Key words:w astew ater treatment;amm onium rem oval;zeo lite;adsorptio n;v ertical flow constructed w etland 491邹娟等:天然沸石对氨氮的吸附特性研究。
4a沸石分子筛对氨氮的吸附
4a沸石分子筛对氨氮的吸附
摘要：
一、沸石分子筛概述
二、氨氮污染及其处理方法
三、沸石分子筛对氨氮的吸附性能
四、沸石分子筛在氨氮废水处理中的应用
五、结论
正文：
一、沸石分子筛概述
沸石分子筛是一种具有多孔性、高表面积和规则孔道结构的晶态材料，其主要成分为硅酸盐。
由于其独特的结构特性，沸石分子筛在吸附、分离、催化等领域具有广泛的应用。
二、氨氮污染及其处理方法
氨氮是指废水中以氨和氮化合物形式存在的氮，其主要来源于农业施肥、工业废水和生活污水等。
高浓度的氨氮废水对水环境具有极大的危害，因此必须进行处理。
目前，氨氮废水处理方法主要有生物脱氮法、化学脱氮法和物理吸附法等。
三、沸石分子筛对氨氮的吸附性能
沸石分子筛具有较高的孔容、孔径均匀和良好的吸附性能，因此被广泛应用于氨氮废水处理中。
研究发现，沸石分子筛对氨氮的吸附能力与其孔径、孔容、表面电荷等有关，且在特定条件下，沸石分子筛对氨氮的吸附效果优于其
他吸附材料。
四、沸石分子筛在氨氮废水处理中的应用
在氨氮废水处理过程中，沸石分子筛可以作为吸附剂，有效去除废水中的氨氮。
同时，沸石分子筛具有再生能力强、循环利用率高等优点，有利于降低处理成本。
此外，沸石分子筛与生物脱氮法、化学脱氮法等方法相结合，可实现氨氮废水的深度处理，提高处理效果。
五、结论
沸石分子筛作为一种高效吸附剂，在氨氮废水处理领域具有广泛的应用前景。
沸石对溶液中氨氮的吸附实验研究
附量 。 采用 Ｌ ａ ｎ ｇ ｍｕ ｉ ｒ 公 式对 等 温 吸 附 实 验 数 据 进 行
２ ． １ 氨 氮等温 吸 附实验
溶 液 ，向 ｌ ０个 ２ ５ ０ ｍｌ 具 塞 三 角 瓶 中 ，分 别 加 入 对
应 的上述 浓 度 的 溶 液 １ ０ ０ ｍ ｌ ，再 向每 瓶 中加 入 １ ０ ｇ
数 学拟 合 ，拟合 曲线如 图 ２ 。
沸 石 ，塞好玻 璃塞 ，放 入恒 温振 荡箱 中 ，设 置 温度 ２ ５ ℃ ，转 速 １ ０ ０ ｒ ／ ａｉ ｒ ｎ ，振 荡 。７ ２ ｈ后 取 出 ，抽 滤 后 测定 Ｎ Ｈ ４一Ｎ浓度 ，计 算 出沸石 的吸 附容量 。
膜 ，２ ｍ ｌ 注射 器 ，针 头 过 滤 器 ，７ ２ ２型 可 见 分 光 光 度计 ，氯 化 铵 ，沸 石 （ 直径 １ ５ ｍ ｍ） ，氢 氧 化 钠 ，
碘化 汞 ，碘化 钾 ，酒石 酸钾钠 ，蒸 馏水 。
２ 实验
所取溶液体积 ，ｍ ｌ ； 一填料用量 ，ｇ 。 ３ 实验 结果 与分 析
（ Ｃ 。 一Ｃ 。 ）
恒温 振 荡 箱 ，万 分 之 一 天 平 ，具 塞 三 角 瓶
（ １ ０ ０ ０ ｍ ｌ 、２ ５ ０ ｍ１ ） ， 容 量 瓶 （１ ０ ０ ｏ ｍｌ 、５ ０ ０ ｍｌ 、
２ ５ ０ ｍｌ 、１ ０ ０ ｍ １ ） ，具 塞 玻 璃 磨 口 比 色 管 （ ５ ０ ｍ１ ） ，
分别配制 Ｎ Ｈ ；一 Ｎ浓度为 １ ０ ０ ｍ ｇ ／ Ｌ 、 ２ ０ ０ ｍ ｇ ／ Ｌ 、
沸石对氨氮的吸附及解吸效果研究
第一作者 ：党鹏刚 （１９８５一），男 ，硕 士研究生 ，从事环保管理方面工作 。
第 ４４卷第 １５期
党鹏刚 ，等 ：沸石对氨氮 的吸附及解 吸效果研究
１Ｏ５
１．３ 分析 方 法 氨氮 ：纳 氏试剂 比色法。
２ 结果与讨论
２．１ 沸石 吸 附特性 研 究
石对氨氮 的吸 附量 可达 到 ０．３７ ｍｇ／ｇ。张 曦 等人 在沸石 吸 附 性能研究 中发现在 ５ ｇ／Ｌ的氨氮溶 液 中，沸石 的最大 吸附量可 以达到 １１．５ ｍｇ／ｇ。可见沸石竽 、的删 吸熏附＼蚓潜蓝能 是巨大的。
第 ４４卷第 １５期 ２０１６年 ８月
广 州 化 工
Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ
ＶｏＩ．４４ Ｎｏ．１５ Ａｕｇ．２０１６
沸 石 对 氨 氮 的 吸 附 及 解 吸 效 果 研 究
党鹏刚 ，张 英
（１陕 西渭 河煤化 工 集 团有 限责任公 司 ，陕 西 西安限责 任公 司 ，陕西 西安 ７１４０００）
ｇｒａｖｅ１．Ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｔｅｒ ａｍｍｏｎｉａ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｚｅｏｌｉｔｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｃａｎ ｒｅａｃｈ ｔｏ １．５８ ｍｇＮＨ：－Ｎ／ｇ．
Ｗ ｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ａｍｍｏｎｉａ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ， ａｎｄ ｕｎｄｅｒ ｆｏｒｃｅ ｏｒ ｎａｔｕｒａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｄｅｓｏｒｐ ｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｃａｎ ｒｅａｃｈ ｔｏ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ７０％ ．
-毕业大论文
本科毕业论文利用沸石吸附水中氨氮的研究专业制药工程学生姓名陈勇班级 B制药071学号 0710309131指导教师赵玲玲专业系主任蔡照胜完成日期 2011年06月01日盐城工学院本科毕业论文（2010）利用沸石吸附水中氨氮的研究摘要：氨氮是指水中以游离氨（NH3）和铵离子（NH4+）形式存在的氮。
实验研究了人造沸石对低浓度氨氮的吸附行为,考察了沸石投加量、温度、吸附时间、氨氮浓度、溶液pH 值以及Ca2+、Mg2+竞争阳离子对人造沸石吸附低浓度氨氮的影响。
结果表明,在投加1.174 g/ 50mL 的人造沸石,pH 值为6 ,温度为25 ℃,吸附时间为40min的条件下,丝光沸石对高浓度氨氮的去除率可达80%以上。
Ca2+、Mg2+竞争阳离子在一定程度上抑制丝光沸石对氨氮的吸附。
关键词：沸石；水；氨氮；吸附；氨氮Use zeolite adsorption of ammonia nitrogen in waterAbstract: Ammonia nitrogen refers to the water to free ammonia (NH3) and ammonium (NH4+) exists in the form of nitrogen. Experimental study the zeolite low concentration of ammonia nitrogen adsorption behavior, inspected the zeolite dosing quantity, temperature, time, ammonia nitrogen adsorption, the solution pH value and Ca2+、Mg2+competition cationic for artificial zeolite adsorption effect of low concentration of ammonia nitrogen. The results showed that, in the dosing 1.174 g / 50mL man-made zeolite, pH value for 6, the temperature is 25℃, adsorption time for 40min conditions, to high concentrations of ammonia nitrogen silk zeolite had up to 80%. Ca2+、Mg2+competition in a certain extent inhibit cationic silk zeolite of ammonia nitrogen adsorption.Key words:Zeolite; Water; Ammonia nitrogen; Adsorption; Ammonia nitrogen盐城工学院本科毕业论文（2011）目录1文献综述....................................................................................... 错误！未定义书签。
天然沸石吸附氨氮和磷的研究
天然沸石吸附氨氮和磷的研究
天然沸石吸附氨氮和磷的研究
选用浙江缗云产颗粒状天然沸石为材料对氨氮和磷进行吸附动力学和吸附等温试验,考察初始浓度、振荡时间对吸附量、去除率的影响.试验结果表明:沸石对氨氮和磷吸附显示出"快速吸附,缓慢平衡"的`特点;吸附动力学过程符合准二级动力学模型;吸附等温线更符合Freundlich 方程;氨氮初始浓度小于7 mg/L、振荡时间在1h内和磷初始浓度小于30 mg/L、振荡时间在15 min内,吸附量、去除率随初始浓度、振荡时间增加而增加,当超过此阶段后,吸附量增加缓慢、去除率下降.
作者：胡细全胡志操王春秀金洁郭静林惠凤 Hu Xiquan Hu Zhicao Wang Chunxiu Jin Jie Guo Jing Lin Huifeng 作者单位：湖北大学资源环境学院,湖北,武汉,430062 刊名：环境科学与管理英文刊名： ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT 年，卷(期)：2009 34(4) 分类号：X703.1 关键词：天然沸石氨氮磷吸附动力学试验吸附等温试验。
沸石对氨氮的吸附行为研究
沸石对氨氮的吸附行为研究作者：符露来源：《丝路视野》2016年第20期【摘要】本文研究了斜发沸石对氨氮吸附行为，探讨了水力停留时间、pH值对吸附效果的影响，同时考察了吸附氨氮前后的沸石的性能及结构变化。
结果表明，准二级吸附动力学方程能够很好地描述沸石吸附氨氮的过程，沸石在1.0 g/L的氨氮溶液中的理论吸附值为8.69 mg·g-1。
沸石吸附氨氮的最佳水力停留时间为40min，最佳pH值为6，并且氨氮去除率随着浓度的升高而降低，随着沸石投加量的增加而升高。
沸石吸附氨氮前后形态及结构并未发生变化，比表面积、孔容、孔径则明显降低。
【关键词】斜发沸石；氨氮氨氮是水体中重要耗氧物质、是引起水体富营养化的污染物。
近年来，随着社会生产水平的提高，氨氮的排放量与日俱增。
由于水污染事件频繁发生，严重威胁着社会日常生产工作，对于水污染较严重的地区，逐渐实行更加严格的标准控制污水中氨氮的排放，不少污水处理厂面临标准提高的严峻现状。
因此，在兼顾经济的条件下提高处理效率，成为了研究的重点。
目前国内解决高浓度氨氮污染主要使用吹脱法、生物法、离子交换法。
其中吹脱法容易造成二次污染，生物法条件要求高、反应缓慢，而离子交换法较易控制。
天然沸石是一种含水的碱或碱土金属的铝硅酸盐矿物，是由硅氧四面体和铝氧四面体组成的架状硅酸盐，具有比表面积大，吸附性能好，离子交换能力强，化学性能稳定等特点。
沸石对氨氮的去除有着较好的效果，对浓度具有普适性，并且由于沸石资源在我国储量丰富、成本低廉，是一种具有前景的水处理方式，因此沸石吸附氨氮受到较多的关注。
一、材料与方法（一）实验装置静态吸附采用摇床，动态吸附采用沸石柱装置，如图1所示。
实验装置主要由PVC管、蠕动泵、水箱三部分组成，其中PVC管高为100cm，（二）动态吸附实验室温下，在不同的滤速下将含氨氮废水通过沸石吸附柱，每隔20分钟取水样并用0.4μm 滤膜过滤后测定氨氮的浓度。
沸石分子筛吸附污水中氨氮的研究进展
沸石分子筛吸附污水中氨氮的研究进展沸石分子筛吸附污水中氨氮的研究进展随着工农业的发展，污水处理成为了一项重要的环保任务。
氨氮是污水中常见的一种污染物，具有毒性和刺激性，对水环境和生态系统造成严重危害。
因此，研究高效、经济的氨氮去除技术成为了当前环境保护领域的热点。
沸石分子筛作为一种常用的吸附剂，受到了广泛关注，并在氨氮吸附领域取得了显著的研究进展。
沸石是一种富含硅酸盐的多孔矿物，具有较高的比表面积和丰富的通道系统。
由于其独特的化学结构和物理性质，沸石分子筛具备了良好的吸附能力，可以有效地吸附污水中的氨氮。
沸石分子筛吸附氨氮的机制主要包括离子交换和物理吸附两种方式。
在离子交换中，沸石分子筛表面的阳离子与氨氮中的氨离子发生交换反应，将氨离子固定在其孔隙结构中。
物理吸附则是通过静电力、范德华力等相互作用力，将氨氮吸附到沸石分子筛表面。
这两种吸附方式形成了丰富的吸附位点，大大提高了沸石分子筛对氨氮的吸附能力。
研究者们通过调控沸石分子筛的孔径、表面性质和晶体结构等参数，进一步提高了其对氨氮的吸附效果。
其中，改变孔径是一种较为常见的方法。
研究发现，较小孔径的沸石分子筛具有较高的氨氮吸附能力。
这是因为小孔径可以增加分子筛表面积与体积的比值，提高了吸附位点的密度，从而增强了吸附效果。
此外，研究者还通过改变分子筛表面的官能团，引入诸如羟基、胺基等亲水官能团，增加了分子筛与水中氨氮之间的亲和力，提高了吸附效果。
除了调控分子筛本身的性质外，研究者还通过改变吸附条件，进一步优化了吸附效果。
例如，调节溶液的pH值、温度和初始氨氮浓度等。
实验证明，酸性条件下沸石分子筛的吸附效果较好，这是因为在酸性环境中，氨氮更容易解离为氨离子，便于其与分子筛表面的阳离子发生离子交换反应。
另外，适当提高温度可以增加活化能，促进吸附过程的进行；而增大初始氨氮浓度可以增加吸附位点的利用率，提高吸附效果。
近年来，沸石分子筛在氨氮去除领域得到了广泛应用。
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沸石对氨氮的吸附行为研究
本文研究了斜发沸石对氨氮吸附行为，探讨了水力停留时间、pH值对吸附效果的影响，同时考察了吸附氨氮前后的沸石的性能及结构变化。
结果表明，准二级吸附动力学方程能够很好地描述沸石吸附氨氮的过程，沸石在1.0 g/L的氨氮溶液中的理论吸附值为8.69 mg·g-1。
沸石吸附氨氮的最佳水力停留时间为40min，最佳pH值为6，并且氨氮去除率随着浓度的升高而降低，随着沸石投加量的增加而升高。
沸石吸附氨氮前后形态及结构并未发生变化，比表面积、孔容、孔径则明显降低。
标签：斜发沸石；氨氮
氨氮是水体中重要耗氧物质、是引起水体富营养化的污染物。
近年来，随着社会生产水平的提高，氨氮的排放量与日俱增。
由于水污染事件频繁发生，严重威胁着社会日常生产工作，对于水污染较严重的地区，逐渐实行更加严格的标准控制污水中氨氮的排放，不少污水处理厂面临标准提高的严峻现状。
因此，在兼顾经济的条件下提高处理效率，成为了研究的重点。
目前国内解决高浓度氨氮污染主要使用吹脱法、生物法、离子交换法。
其中吹脱法容易造成二次污染，生物法条件要求高、反应缓慢，而离子交换法较易控制。
天然沸石是一种含水的碱或碱土金属的铝硅酸盐矿物，是由硅氧四面体和铝氧四面体组成的架状硅酸盐，具有比表面积大，吸附性能好，离子交换能力强，化学性能稳定等特点。
沸石对氨氮的去除有着较好的效果，对浓度具有普适性，并且由于沸石资源在我国储量丰富、成本低廉，是一种具有前景的水处理方式，因此沸石吸附氨氮受到较多的关注。
一、材料与方法
（一）实验装置
静态吸附采用摇床，动态吸附采用沸石柱装置，如图1所示。
实验装置主要由PVC管、蠕动泵、水箱三部分组成，其中PVC管高为100cm，
（二）动态吸附实验
室温下，在不同的滤速下将含氨氮废水通过沸石吸附柱，每隔20分钟取水样并用0.4μm滤膜过滤后测定氨氮的浓度。
二、结果与讨论
（一）静态吸附实验
沸石吸附氨氮量随时间的变化曲线如图所示。
由图可知，沸石吸附氨氮具有快速吸附、缓慢平衡的特点，30min时沸石对氨氮吸附量达到8.1 mg·g-1，随着时间的延长，沸石对氨氮去除率变化缓慢，60min时沸石吸附基本达到平衡。
采用准一级吸附动力学方程和准二级吸附动力学方程对沸石吸附氨氮行为进行拟合，结果表明准二级方程能够更好的描述沸石吸附氨氮的过程，结果如表1所示。
沸石在1000mg/L的氨氮溶液中的理论吸附值为8.69mg·g-1，与实际测量的数值较为接近。
（二）最佳水力停留时间的确定
本实验中取出水浓度Ct与进水浓度C0之比Ct/C0=0.10时，作为穿透点；Ct/C0=0.90时，作为吸附终点，认为吸附已达到平衡，吸附剂几乎完全失去吸附能力。
沸石对40mg/L氨氮废液的吸附穿透曲线可知，沸石的穿透时间分别为80min、60min、40min。
随着流速增大，溶液在滤层中停留的时间减少，溶液与填料之间没有足够的时间进行充分的离子交换，床层穿透和饱和速度加快，而在低流速条件下，溶液在沸石床内水力停留时间增大，沸石与铵根离子有充足的时间接触，从而增加了沸石的离子交换量。
结合前面沸石的静态吸附实验，确定沸石的最佳水力停留时间为40min。
（三）氨氮浓度及沸石投加量对吸附效果的影响
沸石的平衡吸附容量随着氨氮初始浓度的变化和沸石投加量对氨氮吸附效果的影响可知，沸石对氨氮的去除率随着初始浓度的升高而降低，沸石的平衡吸附容量随着初始浓度的升高而升高，并且升高速度逐渐趋缓。
在实际的给排水处理工程中，由于进水的浓度范围波动较大，因此在日常运用中可以通过串并联不同吸附床，以达到最佳的氨氮去除效果。
随着天然沸石投加量的增加，氨氮的去除率逐渐增大，当投加量为10g，氨氮去除率为86.3%，此后再增大沸石的投加
量，去除率增大的幅度较小。
而平衡吸附量随着沸石投加量的增加急剧下降，吸附剂利用率下降，因此，在实际应用中，需要根据废水中氨氮浓度以及处理要求，选择合适的沸石投加量，以节约成本。
（四）pH值对沸石吸附效果的影响
pH值对沸石吸附氨氮效果的影响结果可知，沸石吸附氨氮最合适的pH值为4～8，而最佳值为pH=6。
主要因为NH4+在水中存在离解平衡式：NH4+óNH3+H+。
由式中可以看出：氢离子浓度增加，即pH值减小，平衡向左移动，这时NH4+浓度增加，所以沸石能够吸附较多的NH4+，其平衡浓度降低；但是pH值太小，H+会与NH4+竞争，造成沸石吸附氨氮的性能下降。
pH值较大会使NH4+转变为NH3，沸石吸附氨氮量也会减少。
（五）沸石吸附氨氮前后形态及结构变化探究
使用扫描电镜观察沸石表面，可知沸石表面疏松且呈片状成层结构，并且表面布满孔径为0.1μm～1μm的孔隙，这些孔隙的存在，提高了沸石的比表面积与比表面能，使其能够容纳吸附水中较小的颗粒，以达到较好的吸附效果。
由图亦可知吸附氨氮前后，两份样品在5万倍下的SEM扫描电镜照片特征并无较大区别，说明吸附过程中沸石表面性状并无发生改变。
而XRD图谱具有很高的重叠性，则表明吸附前后沸石的结构和化学组分也未发生大的改变。
通过软件Jade6.5进行物相分析，可知实验用沸石的主要物相为大量斜发沸石与部分钠红沸石。
三、结论
准二级吸附动力学方程能很好地拟合沸石吸附氨氮的过程，沸石在1000mg/L的氨氮溶液中的理论吸附值为8.69mg·g-1。
沸石吸附氨氮的最佳水力停留时间为40min，最佳pH=6，并且氨氮去除率随着浓度的升高而降低，随着沸石投加量的增加而升高。
沸石吸附氨氮前后形态及结构并未发生变化，比表面积、孔容、孔径则显著降低，可见氨氮离子进入沸石孔道中，占据了孔道一部分的空间。
参考文献
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