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氨氮是水体中常见的一类污染物,对鱼类和其它水生生物都有较大的毒害作用,容易给水产养殖业带来巨大的经济损失。近年来随着我国国民经济的高速发展以及城市密集化,氨氮污水的排放量急剧增加,使用江、湖水富营养化和海水赤潮现象更加严重。吸附法去除氨氮过程操作简单易控,吸附剂可再生利用,可大大降低成本,具有广泛应用前景。而吸附法去除氨氮的关键在于吸附剂对氨氮吸附量的大小,本文主要考察不同吸附剂的氨氮吸附性能,讨论其机理,并进行改性和应用研究。
本文进行了活性炭、麦饭石和沸石吸附氨氮的相平衡实验,讨论水溶液的pH值对氨氮吸附的影响。研究结果发现活性炭主要吸附水溶液中的NH3分子;活性炭对氨氮的吸附量随其比表面积的增大而增加。麦饭石和沸石对氨氮的吸附主要以离子交换和吸附两种机理形式进行,吸附量大小由其可置换金属离子含量和表面活性位的多少来决定。用Freundlich等温方程能比Langmuir等温方程能更好地描述三种吸附剂对氨氮的吸附相平衡关系。在三种天然吸附剂中,沸石对氨氮的吸附量最大,且吸附速度较快,符合Vermeulen吸附模型的吸附规律,是一种值得研究开发的吸附剂材料。
本文探讨了高温焙烧法、盐溶液浸渍法和超声浸渍法对沸石进行改性,测定和比较改性沸石吸附氨氮的性能。结果表明高温焙烧会引起沸石脱水而导致孔壁坍塌使其孔径增大,比表面减小,降低其对氨氮的吸附交换能力;采用金属盐浸泡法改性改性沸石可提高其对氨氮的吸附性量,使用NaCl溶液浸泡法改性沸石可明显增加沸石上钠元素的含量,从而增强其对氨氮的吸附交换能力;加热和超声波辐射下NaCl溶液浸泡法改性沸石均使沸石上钠含量增加,氨氮吸附量也随之增加,在98℃下NaCl溶液浸泡法和140W超声波辐射下常温NaCl溶液浸泡改性沸石其吸附氨氮的效果最明显,其吸附量远超过市场上美国商品Champion沸石和中国台湾商品AZOO沸石对氨氮的吸附交换容量,这是本文的创新之处。
本文研究了沸石在模拟海水中吸附氨氮的性能。实验结果表明,海水中存在其他金属离子的竞争交换使氨氮在沸石上的吸附量减少,可用Freundlich等温方程描述其吸附相平衡关系。吸附/离子交换动力学实验表明:模拟海水中大量其他金属离子,使得在的离子浓度升高,使斜发沸石对氨氮的吸附/离子交换速度加快,扩散系数从0.742×10<-9>m<2>·s<-1>增长到1.115×10<-9>m<2>·s<-1>,其吸附动力学曲线符合Vermeulen吸附模型;模拟海水中金属离子对沸石吸附氨氮的影响大小顺序为:K<+>>Na<+>>Ca<2+>>Mg<2+>,K<+>离子的干扰作用最明显,2.0g·L<-1>的K<+>离子分别使沸石和斜发沸石对氨氮的吸附量下降52.4%和55.6%;经过比较各种NaCl溶液改性沸石方法得出:采用H<,2>O<,2>浸泡和98℃NaCl溶液浸泡分步改性斜发沸石可以使其对氨氮的吸附量达到11.3 mg·g<-1>,比原来提高61.4%,是一种可以提高沸石对海水中氨氮吸附量的改性方法,这也是本文的新意之处。