性后沸石除磷能力有较大提 高 . 在此基础上研究了时间 、 投加量以及不同质量浓度磷水样条件下改性 沸石的除磷效果 . 随着接触时间的延长 , 沸石的除磷效果增强 , 但在 180 m in 以后增加缓 慢 , 其 吸附速 度符合斑 厄姆公式 ; 随着原 水质量浓 度的增大 , 吸附容 量也逐渐 增大 . 吸附等温线 可用 F reundlich 等 温式描述 , 并通过电镜扫描从微观上进一步探讨了改性前后沸石的表面结构变化 . 关键词 : 沸石 ; 改性 ; 除磷 ; 吸附 中图分类号 : X703 文献标识码 : A 文章编号 : 1672- 0946( 2010) 02- 0161- 04
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化钠浸泡 1 h , 20 % M gC l2 浸泡 2 d 后洗净烘干 , 在 500 下焙烧 2 h . 通过对几种改性的沸石的吸附 容量进行分析, 得出氯化镁溶液的浸泡可以提高沸 石的除磷效果, 其中碱的预处理可以进一步提高沸 石的除磷容量 , 经 1 m o l/L 的氢氧化钠预处理效果 理想 , 而经过高温焙烧使得效果更加增强 . 因此本 试验选用 1 m ol /L 的氢氧化钠浸泡 1 h , 20 % M gC l2 浸泡 2 d 后洗净烘干, 在 500 的沸石. 2 . 2 时间对吸附的影响 室温 ( 25 ) 下 , 取 2 g 改性沸石投加到 50 m L 质量浓度为 5 m g /L 的含磷水样中 . 由图 1 可知, 去 除率与吸附容量在吸附一段时间内增加很快 , 随着 时间的延长 , 180 m in 后 , 吸附趋于平衡, 吸附容量 稳定在 0 . 11 m g / g 左右, 对磷的去除率达到 90 %. 这说明在吸附时应保证沸石与溶液有一定的接触 时间 , 充分利用沸石的吸附能力. 本次相关试验的 接触时间选择为 180 m in . 下焙烧 2h 后所选
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标等缺点
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. 其 中吸附与离子交换 法由于其占地
面积小, 工艺简单, 脱磷效率高得到人们的关注, 除 磷材料成为研究热点 . 改性沸石就是一种新型的除磷吸附材料 . 天然 沸石是呈架状结构的多孔性含水铝硅酸盐晶体的 总称 , 具有四面体骨架结构 , 其化学组成通式为 : [ M 2 ( ! ) , M ( ∀ ) ] O # A l2 O3 # n Si O 2 # m H 2 O, 式 中, M ( ! )和 M ( ∀ ) 分别为一价和二价金属离子 ,
2 试验结果与讨论
2 . 1 改性方法的确定 将 20~ 40 目的天然沸石洗净烘干, 分别采用 以下 5 种方式对其改性: % 用 20 % M gC l2 浸泡 2 d 后洗净烘干 ; & 用 1 m o l/L 的氢氧化钠浸泡 1 h 洗 净烘干 ; ∋ 用 1 m o l/L 的氢 氧化钠浸 泡 1 h, 20 % M gC l2 浸泡 2 d 后洗净烘干 ; (用 1 m ol /L 的氢氧
Abstract : Natura l zeolite wh ich ism odified by be in g soaked in sod ium hydrox id e of 1 m ol /L concentration for 1 h and be ing soaked in m agnesium chlorid e hexahydra te o f 20 % concen tration for 2 days and be in g roasted at tem peratu re 500 for 2 h could effect iv e ly re m ove phosphate from w ater . B ased on these , the phosphate rem oval capacity is stud ie d under dif ferent conditio ns . L arger phosphate rem ova l is obta in ed w ith the longer contact ti me , but it in creased slow ly after 180 m inutes contac. t T he adsorption speed fit the Baner m equat io n . T he phosphate adso rpt ion capac ity a lso in creased w ith the in creasin g concentration of o rig in al solution . It could be described by F reundlich isother m . And th e zeo lite surface tex ture change is d iscussed m ic roscopica lly through the electron m icroscope scann ing around the m od if ication . K ey w ords: zeo lite; m odif ication; phosphate rem ova;l adsorption 磷是引起水体富营养化的主要元素之一, 受 磷污染的水体藻类和浮游生物急剧增殖, 水体溶解 氧下降 , 水质恶化, 并引鱼类及其他水中生物大量 死亡. 目前国内外常用的除磷方法主要有沉淀法, 结晶法 , 生物除磷 , 吸附与离 子交换等
第 26 卷 第 2 期 2010 年 4 月
哈 尔 滨 商 业 大 学 学 报 ( 自然科学版 )
Journal of Harb in U n iv ersity of Comm erce ( Natural Sciences Ed ition)
V o.l 26 N o . 2 A pr . 2010
沸石的改性及除磷性能研究
孙兴滨 , 韩金柱 , 潘华崟
1 ,2 1 1
(1 . 东北林业大学 环境科学系 , 哈尔滨 150040; 2. 哈尔滨工业大学 市政与环境工程学院 , 哈尔滨 150090) 摘 要 : 天然沸石经 1 m o l/L 氢氧化钠浸 泡 1 h 后又经 20% 氯化镁 浸泡 2d, 然后在 500 下焙烧 , 改
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哈 尔 滨 商 业 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 )
第 26 卷
通常为钠、 钾、 钙、 锶、 钡等 . 沸石晶体内部有很多大 小均一的空穴和通道, 使沸石具有巨 大的比表面 2 [ 3- 4] 积 , 达 400~ 800 m / g , 具有良好吸附性能. 在 沸石构架中 , 阴离子晶格上的负电与平衡阳离子的 正电电荷中心在空间上是不重叠的, 具有较大的静 电吸引力. 然而天然状态下, 沸石的孔道常被沸石 水及其它杂质堵塞 , 孔道间相互连通的程度较差, 在很大程度上限制了天然沸 石的吸附能力
图 1 时间 对吸附的影响
2 . 3 投加量对吸附的影响 为了考察吸附剂用量对吸附效果的影响 , 取不 同量的改性沸石材料 1、 2 、 3 、 4 、 5 g 处理质量浓度 为 5 m g /L 的模拟磷水样 50 mL, 吸附 3 h 后测 . 试验结果如图 2 所示 . 随着吸附剂用量的增加 , 沸 石对磷的吸附容量逐渐减少而去除率逐渐增加, 当 沸石投加量在 4 g 时 , 去除率基本稳定, 随后增加
图 2 投加量对吸附的影响
第 2期
孙兴滨 , 等 : 沸石的改性及除磷性能研究
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投加量去除率增加缓慢, 吸附量降低 , 这是因为水 样中所含有的磷是一定的 , 增加沸石量会导致个体 间的竞争, 所以总体看会出现吸附量下降的趋势, 而从经济上讲过多的投加量不合理, 所以本试验最 佳固液比为 4)50 . 2 . 4 原水质量浓度对吸附速容量的影响 在室温 25 下 , 取 4 g 改性沸石投加到 50 mL 质量浓度分别为 10 、 30 、 50 、 80 m g /L 的含磷水样, 控制不同的反应时间 , 吸附容量与反应时间的关系 如图 3 . 由图 3 可知, 对于不同质量浓度的含磷水 样 , 总体趋势是反应最初吸附容量增加稍快 , 随着 时间的延长 , 吸附容量增加缓慢 , 最后趋于平衡 , 而 且原溶液磷的质量浓度越大, 达到平衡时的吸附容 量越大 . 对 80 m g /L 的含磷水样 , 3 h 后 , 吸附量可 达 0 76 m g /g 左右.
2 . 6 吸附等温线拟合 分别称取 2 、 3 、 4 、 5 g 样品 , 放入 250 mL 锥形 瓶, 加入 50 mL 5 m g /L含磷水样, 空气浴振荡器 25 振荡 180 m in . 取样 5 mL 于比色管中, 按实验方 法操作, 用平衡质量浓度和吸附量的对数值做 F re undlich 等温 吸附 图, 见 图 5 . 经计 算得 n = - 0 . 5363 , k= 0 . 1289
厄姆公式整理如图 4 所示 .
图 4 改性沸石除磷线性化
从图 4 可以看出 , 沸石的吸附速度按斑厄姆公 2 式整理得线性关系较好, 拟合优度 R = 0 . 960 8 ,说 明符合斑厄姆吸附速度公式. 其公式形式为: ln qe - 7 2. 9217 = 7 . 17136 ∃ 10 t qe - q
. 就运行
情况来看, 生物法的反应速度慢, 对于高质量浓度 含磷废水处理后难以使水质达到排放标准 , 而混凝 沉淀法则存在运行成本高, 后处理困难 , 水质难达
收稿日期 : 2009 - 10- 28 作者简介 : 孙兴滨 ( 1970 - ) , 男 , 博士 , 副教授 , 研究方向 : 水污染控制
Study on m od ification and phosphate adsorp tion capacity of zeolite
SUN X in g b in , HAN Jin zhu , PAN H ua yin
1, 2 1 1
(1 . D epartm ent o f Env ironm enta l Sc ience , N ortheast Forestry U n iversity , H arb in 150040, China ; 2. Schoo l o fM un ic ipal and Env ironm enta l Eng ineer ing , H a rb in Institute o f T echno logy , H arbin 150090 , Ch ina)