天然斜发沸石对水中氨氮吸附影响因素研究

天然斜发沸石对水中氨氮吸附影响因素研究

摘要：本实验研究了天然沸石对氨氮的吸附影响因素及机理，结果表明，沸石投加量为2g，粒径由20目增加到100目时，其qe 从0.341上升到0.512mg/g；沸石投加量1g，初始氨氮浓度由10mg/l 增大到100mg/l时，qe从0.112上升0.595mg/g；氨氮初始浓度为100mg/l，投加量由1g增大到15g时，qe从0.595mg/g下降到

0.268mg/g，沸石吸附氨氮更适合用langmuir吸附等温线和准二级反应动力学进行描述，其r2分别为0.997和0.998。

关键词：天然沸石；氨氮；吸附容量

中图分类号：x703 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）17-0285-03

0 引言

近年来，随着城市化进程的加快，化工厂废水的过度排放，使得水体中的氮元素含量过多，导致水体富营养化现象日益严重，已经成为当今世界面临的全球性的重大环境问题[1]。因此寻找一种有效去除水中氨氮的方法迫在眉睫，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[2]。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，对氨氮的去除有着较好的效果。因此本文研究沸石对氨氮的吸附机理及影响因素，为沸石在实际工程中的应用提供基础资料和理论指导。

1 实验部分

1.1 实验材料与预处理本实验所选用的天然斜发沸石购于巩义宝来水处理材料厂，颜色为黑褐色，其主要成分如表1所示。

将沸石用去离子水反复冲洗干净，煮沸30min以尽可能去除沸石空隙中杂质，过筛分出不同粒径的沸石，在105℃下烘干，放入干燥器中备用。

1.2 实验仪器、试剂与氨氮测定方法

主要仪器：721分光光度计；thz-82a气浴恒温振荡器；xyj80-2电动离心机。

主要试剂：酒石酸钾钠（ar）；碘化汞（ar）；碘化钾（ar）；氢氧化钠（ar）；氯化铵（ar）。

氨氮测定方法：采用纳氏试剂光度法，《水和废水监测分析方法》（第四版）。

1.3 试验方法

1.3.1 沸石对氨氮的吸附影响因素。本实验通过改变沸石的粒径大小，氨氮溶液的初始浓度、沸石的投加量等因素来研究沸石对氨氮的吸附效果，水样为100ml，置于250ml具塞锥形瓶中，在25℃下恒温振荡16个小时，转速为200r/min。振荡结束后，用离心机在3500r/min下离心20min后取上清液测定氨氮含量。

1.3.2 吸附等温线。取1g粒径为20～30目的沸石投加到100ml 浓度分别为10、15、20、40、50、70、100mg/l的氨氮溶液中，在25℃下恒温振荡16个小时，转速为200r/min。振荡结束后，用离心机在3500r/min下离心20min后取上清液测定氨氮含量。

1.3.3 吸附动力学。取1g沸石粒径为20～30目的沸石投加到100ml浓度为100mg/l的氨氮溶液中，在25℃、200r/min的条件下振荡，每隔一定时间取样测定水溶液中氨氮的含量。

2 结果与讨论

2.1 沸石对氨氮的吸附影响因素

2.1.1 不同粒径对氨氮的吸附研究。称取2g粒径为10～20目、20～30目、40～60目和80～100目的沸石于100ml含量为100mg/l 的氨氮溶液中进行振荡，实验结果如图1所示。

如图1所示，随着粒径目数的增大，沸石对氨氮的吸附效果也越好，沸石吸附容量由10～20目的0.341mg/g增加到80～100目的0.512mg/g。这是由于一定质量的沸石粒径越小其比表面积也就越大，使吸附接触面积增大[3]，从而增加了对氨氮的吸附能力。

2.1.2 氨氮初始浓度对吸附效果的影响。取1g粒径为20～30目沸石置于100ml浓度为10mg/l、15mg/l、20mg/l、40mg/l、50mg/l、70mg/l、100mg/l的氨氮溶液中振荡，结果如图2所示。

如图2所示，随着初始氨氮浓度的增大，沸石对氨氮的吸附能力增强[4]，其吸附容量也随之增大，初始氨氮浓度由10mg/l增大到100mg/l时，沸石的吸附容量也随之从0.112mg/g上升到

0.595mg/l，而对氨氮的去除率呈下降趋势，由11.20%下降到5.94%。这是由于初始氨氮溶液的浓度越大，其固-液之间的电化学势梯度也就越高，从而促进对氨氮的吸附，但一定质量的沸石其有效吸附容量是有限的，对高浓度氨氮溶液的去除率也会相应减小。

2.1.3 不同沸石投加量对吸附效果的影响。称取1g、2g、5g、10g、15g粒径为20～30目的沸石分别置于100ml浓度为100mg/l的氨氮溶液中振荡，结果如图3所示。

如图3所示，随着沸石投加量的增大，其吸附容量随之下降，当沸石投加量由1g增加到15g时，其吸附容量由0.595mg/g减小到0.286mg/g，而对氨氮的去除率呈上升趋势，由5.94%上升到42.97%。这是由于随着沸石投加量的增加，其对氨氮吸附的有效接触面积也大大增加，使得水中氨氮大幅度减少，但当氨氮浓度减小的一定程度时，沸石-氨氮吸附体系便会达到平衡状态，使得沸石无法继续吸附剩余氨氮离子，造成吸附容量减小。

2.2 吸附等温线

水处理中常见的吸附等温线有两种，一种是langmuir 吸附等温线，另一种是freundlich吸附等温线[5]。

对图4和图5进行线性回归可求出qm、b、kf、n、r2等值，其结果见表2，由表2可知，沸石对氨氮的吸附均可由langmuir、freundlich进行描述，在freundlich吸附等温线中，1/n小于1，表明氨氮吸附容易进行[6]，freundlich吸附等温线拟合相关程度r2为0.977，小于langmuir的相关系数0.997，因此沸石对氨氮的吸附特性更适合用langmuir吸附等温线描述。

2.3 吸附动力学

式（6）中：qt和qel分别是t时刻和吸附平衡时的吸附量（mg/g），t为吸附时间h，k1为一级吸附速率常数h-1；式（7）中：qt和