沸石的改性及其对氨氮吸附特征

为研究不同改性方法及其组合顺序对天然沸石吸附NH₄+效率的影响及其吸附特征,选择盐、高温、酸3种改性方法进行不同组合. 结果显示,改性组合顺序对天然沸石的吸附性能影响较明显,最佳改性组合顺序为“盐+酸+高温”,其改性后的沸石在初始ρ(NH₄+)为15、30和50 mg/L下对NH₄+的去除率分别为87%、92%和94%. 采用Langmuir和Freundlich 2种方程来拟合“盐+酸+高温”改性后沸石的吸附行为,表明其更符合Langmuir模型,R2为0.998 5,其最大吸附量(q_max)为8.23 mg/g,并且其吸附过程符合一级动力学方程, R 2为0.998 1. 扫描电子显微镜(SEM)和比表面积(BET)分析结果表明,沸石经最优组合改性后表面形态明显变化,比表面积增大.      

HDTMA改性沸石对三氯生的吸附特性研究

采用固-液吸附法,以阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)为改性剂,制备了HDTMA质量与沸石表面阳离子交换容量(ECEC)百分比分别为50％、100％、150％和200％的HDTMA改性沸石(分别标记为S50、S100、S150和S200),并用元素分析、FTIR、XRD、BET和Zeta电位测试对HDTMA改性沸石进行了表征.同时,采用单因素吸附实验系统考察了HDTMA改性沸石吸附三氯生的主要影响因素.结果表明,HDTMA+成功负载并主要分布在沸石的表面,未改变原沸石的晶相结构.改性沸石的比表面积随HDTMA用量的增加而减小,表面正电荷随HDTMA用量的增加而增加.4种不同质量负载比的HDTMA改性沸石对三氯生的吸附均可在2h内达到平衡;原沸石、S50、S100和S150对三氯生的吸附容量均随pH升高而降低,吸附的最佳pH为7.0,而S200在强碱性下吸附容量更大.在pH =7、NaCl离子强度0.001 ～0.5mol·L-内,较高的离子强度有利于三氯生的吸附.吸附等温线和热力学研究表明,HDTMA改性沸石对三氯生的吸附过程放热,吸附机制主要为分配作用,三氯生与改性沸石之间无化学键、配位基交换等强作用力.     

酸和热处理对海泡石结构及吸附Pb2+、 Cd2+性能的影响

通过X射线衍射、傅里叶变换红外光谱及比表面积分析等研究了酸和热处理对天然海泡石结构的影响,并考察不同处理后的海泡石样品吸附重金属Pb2+、Cd2+性能.结果表明,海泡石比表面积均随盐酸浓度、处理时间的增加而略有增大,而结构无明显变化,0.5 mol·L-1 HCl处理时,天然海泡石中的CaCO3未能被完全去除,6.0 mol·L-1 HCl处理72 h时,海泡石比表面积达到最大301.47 m2·g-1.盐酸热处理并不能提高海泡石的比表面积,也不会使海泡石结构产生明显变化.不同类型酸处理对海泡石比表面积提高顺序依次为:HCl>HNO3>H2SO4;海泡石经焙烧后比表面积迅速下降,由100℃的21.44 m2·g-1下降到900℃的0.17 m2·g-1.重金属吸附实验表明,盐酸处理浓度和时间对海泡石吸附Pb2+、Cd2+离子性能无明显影响;不同酸处理对海泡石吸附Pb2+、Cd2+离子性能存在一定影响,H2SO4处理后海泡石对Pb2+、Cd2+离子吸附量明显高于HCl和HNO3处理.海泡石焙烧处理后对Pb2+离子吸附量无明显影响,但对Cd2+离子吸附量在焙烧700℃以上时增加明显.     

改性沸石的沉积物磷钝化效果研究

通过室内模拟实验,对天然沸石及不同方法改性沸石的磷吸附性能及沉积物磷钝化效果进行了对比研究。磷吸附实验结果表明,磷吸附量大小为改性沸石Z3>改性沸石Z2>改性沸石Z1>天然沸石,35d的平均吸附量分别为832、466、168和70mg/kg。改性沸石的磷吸附量与沸石含量正相关,并随时间呈增长趋势,其中改性沸石Z3第35d的磷吸附量可达1690mg/kg。离子交换量测定结果显示,沸石经改性后促进了Ca2+的释放,同时减少了K+、Na+的释放量。沉积物磷钝化实验表明,改性沸石可有效减少沉积物TP、DRP的释放,减少释放量达80%以上。天然沸石主要通过表面吸附减少水体磷含量,其次,物理阻隔作用拓展了钝化作用的时间和空间。Al(OH)3絮凝物通过表面吸附、电中和及架桥作用可显著提高改性沸石的磷吸附量,增强沉积物磷钝化效果。     

沸石微波改性及其吸附废水中氨氮性能的研究

以NaCl为改性剂,采用微波辐射方法对天然沸石进行改性,研究NaCl浓度和辐射条件对改性沸石性能的影响,同时为探讨改性沸石对 NH 4的吸附规律,进行了等温吸附试验.研究结果表明:最佳改性条件是微波强度80%、辐射时间10 min、NaCl浓度6%;试验沸石对氨氮具有较高的去除率,对 NH 4的吸附等温线符合 Langmuir公式,且对氨氮吸附量的极限值为10.080 6mg/g.     

天然活化沸石负载壳聚糖对高氟水的处理

为提高天然沸石对氟的吸附能力,采用活化天然沸石负载壳聚糖改性处理,研究了除氟剂的性能,确定了除氟剂的最佳改性条件:2.0%冰醋酸溶液,壳聚糖浓度为0.05 g/mL,壳聚糖:沸石(质量比)=0.07,室温下改性5 min。最适除氟条件:pH=6.0,粒径1~2 mm,100 r/min的速度搅拌反应50 min,静置0 min。吸附剂对F-的吸附过程符合Langmuir吸附等温线,对氟离子的饱和吸附容量为10.63 mg/g。     

天然斜发沸石对氨氮的快速吸附特性研究

通过静态摇床试验研究了天然斜发沸石对氨氮的吸附特性,以及沸石投加量和外加金属阳离子对其快速吸附氨氮特性的影响。结果表明,沸石对氨氮的等温吸附过程更符合Langmuir吸附模型,其最大吸附量为12.903mgg;沸石粒径减小,有利于沸石对氨氮的交换吸附,不同粒径沸石对氨氮的吸附均符合准二级动力学过程;斜发沸石中与氨氮进行离子交换的阳离子主要为Na+,其次为Ca2+,随着吸附氨氮浓度的升高或吸附时间的延长,Na+与NH4+吸附去除量的比值呈下降趋势,而Ca2+的比值呈上升趋势。沸石投加量与氨氮去除率和沸石释放至水中的总金属阳离子浓度成正比,随着投加量增加Na+与NH4+吸附去除量的比值由1.222增至1.383;溶液中分别加入40mgL的K+,Na+,Ca2+,Mg2+4种离子,对沸石吸附氨氮产生抑制作用的强弱顺序为K+Ca2+Na+Mg2+。     

天然沸石及改性沸石去除低浓度氨氮的研究

研究了天然斜发沸石在不同的酸、碱和盐改性条件下吸附去除氨氮（NH₄＋-N）的效果.结果表明:沸石吸附NH₄＋-N动力学曲线符合“快速吸附、缓慢平衡"的特点,且初始ρ（NH₄＋-N）越高,吸附速率越快;天然沸石及其改性沸石吸附NH₄＋-N为单分子层吸附过程,其吸附热力学曲线很好地符合Langmuir曲线. 沸石吸附NH₄＋-N是吸热反应,适当提高温度能够促进NH₄＋-N的吸附. 盐改性方法对沸石吸附NH₄＋-N的效果最好,增加了沸石的比表面积和总孔容,同时有利于沸石的再生.      

氧化铁改性沸石对Se(Ⅳ)的吸附性能及试验废物再利用研究

为解决天然沸石去除废水中Se（Ⅳ）能力低的问题,采用氯化铁对天然沸石进行改性,制备表面负载氧化铁的改性沸石,即氧化铁改性沸石,并将其应用于去除水体中Se（Ⅳ）.首先对比天然沸石和氧化铁改性沸石的结构特征,研究二者对Se（Ⅳ）溶液的吸附特性,并通过X射线荧光光谱（XRF）、X射线衍射图谱（XRD）、扫描电镜（SEM）和氮气吸附孔径分布测试（BET）对二者进行表征;其次进行吸附试验,考虑接触时间、pH、吸附剂投加量、初始溶液反应浓度的影响,并通过天然沸石和氧化铁改性沸石的吸附动力学及吸附等温线对吸附的机理进行阐述.结果表明:①氧化铁改性沸石表面形成细碎的球状颗粒,分布在沸石的表面.②氧化铁改性沸石能够高效地吸附水体中的Se（Ⅳ）,且在pH为3时吸附效率最高,其对Se（Ⅳ）溶液的去除率最高达97.7%,其理论最大吸附量为46.901 mg/g.③氧化铁改性沸石对Se（Ⅳ）的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型.④添加负载Se（Ⅳ）后的氧化铁改性沸石土壤均达到富硒土壤标准（>0.4 mg/kg）.研究显示,氧化铁改性沸石吸附Se（Ⅳ）的效果较好,显著优于天然沸石的吸附效果,且吸附Se（Ⅳ）废水后的废弃氧化铁改性沸石还可应用于土壤改良方向.      

铜改性MIL-101吸附溶液中碘离子研究

目的提升MIL-101对溶液中放射性碘离子的吸附性能。方法开展铜掺杂改性MIL-101研究。利用SEM,XRD和比表面与孔径分析仪等表征方法对改性前后的材料进行物理性能分析,并考察不同Cu掺杂量、吸附时间和初始碘离子浓度对吸附效果的影响。结果铜改性后吸附率明显增加,掺杂20%的铜时,材料的比表面积最大,吸附效果最佳;吸附速率随时间增大而降低,而吸附率随初始浓度减小而增大。结论铜改性后的MIL-101对溶液中碘离子有更好的吸附效果,其吸附速率和吸附量都有明显的优势。     

阳离子表面活性剂改性沸石对铬酸根的吸附机制

研究了由十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性制成的有机沸石对水体中铬酸根的吸附性能及吸附机制.结果表明,与沸石原矿相比有机沸石对铬酸根的吸附容量更高,而铬酸根在有机沸石表面的吸附量随着体系离子强度的增加而显著减小,说明铬酸根的吸附以静电作用为主.研究还发现沸石经有机改性后表面Zeta电位由负变正,说明表面活性剂在沸石表面的吸附改变了沸石表面的电荷性质,这也是有机沸石能够对铬酸根发生静电吸附的主要原因.铬酸根的吸附量及吸附的铬酸根的解吸量均随着体系pH值的升高而增加,分别约在pH=5.0和pH=6.0时达最大,随后铬酸根的吸附量和解吸量随着pH值的进一步增加逐渐减小.铬酸根的吸附量与解吸量之间的差值随pH升高而减小,说明在低pH条件下非静电吸附所占比例较高pH值条件下有所增加.     

NaCl改性沸石对水中氨氮的吸附机制

通过颗粒强度测定、扫描电镜分析（SEM）、X射线能谱分析（EDS）和零电点测定（pHPZC）考察改性前后沸石表面特性的变化,考察pH值、沸石投加量、初始氨氮浓度以及温度对吸附过程的影响,并通过吸附等温式和吸附动力学对吸附机制进行描述.经过NaCl改性后的沸石的颗粒强度明显增大,表面更加粗糙,孔径增大,钠离子通过交换作用进入到沸石内部.pH值为7,沸石投加量为8g/L,温度为35℃时吸附效果最好,平衡吸附量（qe）与氨氮初始浓度呈正相关性.Langmuir等温线比Freundlich等温线更适合描述实验数据,最大饱和吸附量为13.210mg/g.吸附动力学符合准二级动力学模型.实验表明NaCl改性沸石能够有效去除水中的氨氮.     

Zeolite (Na) modified by nano-Fe particles adsorbing phosphate in rainwater runoff

Zeolite (Na) modified by self-synthesized nano-Fe particles was used as infiltration media to adsorb phosphate in rainwater runoff. The adsorption capacities increased up to 75 times that of natural zeolite at a saturated equilibrium phosphate concentration of 0.42 mg/L. The correlation of capacity and material-specific surface area indicated that specific surface area was not the key factor contributing to the capacity improvement. SEM and XRD analysis showed that chemical reaction between Fe and P to form new products like cacoxenite is the main reason for the increased capacity, and that the method of adding metal ions or particles to improve the adsorption capacity for phosphate is feasible.     

Removal of humic acid from aqueous solution by cetylpyridinium bromide modified zeolite

Natural zeolite was modified by loading cetylpyridinium bromide (CPB) to create more e cient sites for humic acid (HA) adsorption. The natural and CPB modified zeolites were characterized with X-ray di raction, field emission scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy and elemental analysis. The e ects of various experimental parameters such as contact time, initial HA concentration, solution pH and coexistent Ca2+, upon HA adsorption onto CPB modified zeolites were evaluated. The results showed that natural zeolite had negligible a nity for HA in aqueous solutions, but CPB modified zeolites exhibited high adsorption e ciency for HA. A higher CPB loading on natural zeolites exhibited a larger HA adsorption capacity. Acidic pH and coexistent Ca2+ were proved to be favorable for HA adsorption onto CPB modified zeolite. The kinetic process was well described by pseudo second-order model. The experimental isotherm data fitted well to Langmuir and Sips models. The maximum monolayer adsorption capacity of CPB modified zeolite with surfactant bilayer coverage was found to be 92.0 mg/g.     

天然沸石结构对合成分子筛吸附脱氮性能影响

针对污水厂尾水深度脱氨问题,从国内几个典型的天然沸石矿床中选取了4种天然沸石（记为A、B、C、D）,运用直接碱溶-水热晶化合成工艺制备分子筛,测定了各自的氨氮吸附性能;并采用XRF、XRD等表征方法,对比分析了4种天然沸石在元素组成及矿物含量方面的差异,结合4种合成产物的晶体结构、元素组成、表面形貌分析结果,探讨了天然沸石材料特性对合成产物吸附性能的影响.结果表明：与沸石原料相比,4种合成产物的氨氮吸附性能均得到明显提升,其中C和A沸石合成产物的氨氮吸附量较高,均达到15mg/g以上;合成产物的氨氮吸附性能与沸石原料的碱溶性硅溶出量有正相关关系;碱溶性硅主要来自于天然沸石原料中的方石英、斜发沸石、丝光沸石、透长石等矿物组分,而结构稳定的石英不易被碱溶活化利用.合成产物为含有不同类型分子筛及其它矿物成分的混合物,碱溶性硅溶出量高的C和A沸石均合成了A型、X型分子筛,氨氮吸附性能较好;而B和D沸石合成产物主要为孔径小于铵根离子粒径的方钠石分子筛,其氨氮吸附性能较差.因此,利用天然沸石合成分子筛用于污水脱氨时,应尽量选择石英矿物含量少、碱溶性矿物占比高的沸石原料.     

Ammonium removal by modified zeolite from municipal wastewater

Ammonium removal by modified zeolite, H-form and Na-form zeolite, were examined by batch-type methods. The adsorption of ammonium on modified zeolite was exothermic process. The saturation adsorption capacity of ammonium on H-form and Na-form zeolite were 21.23 and 41.1.5 mg/g, respectively. After ten times adsorption-desorption-readsorption cycles the standard deviations of H-form and Na-form zeolite were 6.34% and 6.59%. The zeolite adsorption process has proved cost effective and practical in reducing ammonium by H-form and Na-form zeolite in municipal wastewater from concentration 27.68 mg/L to 2.80 mg/L and 5.91 mg/L.     

两种碳酸系Fe-LDHs负载改性沸石对Cd(Ⅱ)吸附特性对比研究

为提升以沸石为代表的天然吸附材料对重金属污染物吸附效果,并将新型功能材料层状双金属氢氧化物（layered double hydroxides,LDHs）有效应用于实际工程,采用水浴-共沉淀法制备两种Fe系碳酸型LDHs即时负载于沸石填料表面,利用场发射扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）对改性前后的沸石表面形态、化学成分和晶体结构进行表征;通过等温吸附及解吸附、吸附动力学、吸附热力学、竞争离子吸附和不同pH吸附试验,对比原始及改性沸石对Cd（Ⅱ）的吸附效果及其作用机理.结果表明:①改性沸石对Cd（Ⅱ）的吸附过程更符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型.②相较于原始沸石,两种改性沸石对Cd（Ⅱ）的吸附性能明显提升,且MgFe-LDHs负载改性沸石理论最大饱和吸附容量更高.③沸石改性后对Cd（Ⅱ）的吸附由放热过程变为吸热过程.④吸附时间、竞争离子及pH对沸石吸附Cd（Ⅱ）的效果产生不同程度的影响.研究显示,MgFe-LDHs负载改性沸石最大饱和吸附容量显著提升,吸附能力更强,且在不同条件下均表现出优良的吸附特性,具有作为高效除镉填料的潜力.      

沸石负载对叔丁基杯[4]芳烃乙酸对铀的吸附行为

以对叔丁基杯[4]芳烃与溴乙酸乙酯为主要反应底物合成了对叔丁基杯[4]芳烃乙酸,然后将其负载在沸石上,红外光谱显示合成物具有杯[4]芳烃乙酸的特征结构,扫描电镜分析表明对叔丁基杯[4]芳烃乙酸成功负载于沸石之上,且分布均匀,分散性良好.通过静态吸附实验,结果表明在pH值 4,对叔丁基杯[4]芳烃乙酸/沸石的负载比0.025/1,吸附剂用量0.5g,铀初始质量浓度10mg/L,吸附时间30min时,沸石在负载了对叔丁基杯[4]芳烃乙酸后,对溶液中铀的吸附率从30%左右提高到93%.沸石和负载沸石吸附动力学行为均符合准二级动力学模型,但负载沸石对铀的吸附速率明显高于沸石.沸石和负载沸石吸附等温式都符合Langmuir吸附等温线,说明都为单分子层吸附;由此推导出的最大吸附量Qm从16.8919提高到32.5733mg/g,这主要是因为沸石负载了对叔丁基杯[4]芳烃乙酸增加了吸附点位.吸附铀前后的红外光谱表明,负载沸石对铀的去除主要依靠对叔丁基杯[4]芳烃乙酸与铀的强络合作用和Si—O和Al—O的吸附作用,两种作用的协同加快了吸附速率,增加了吸附容量.     

表面改性非烧结生态砖材料对模拟城市暴雨径流中低浓度磷的吸附特性

为了寻求城市暴雨后地表径流中低浓度磷的去除方法,考察了粉煤灰、活性炭、沸石等材料对低浓度磷的吸附特性,进而利用筛选出的吸附材料对河岸护坡砖表面进行改性,制成非烧结生态砖材料,系统地研究了吸附材料添加量、磷酸盐浓度、反应时间等对生态砖材料吸附磷酸盐效率的影响,并探究了紫花苜蓿对生态砖表面磷酸盐的吸收能力.结果表明:①在3种吸附材料中,粉煤灰对磷酸盐的吸附效果最佳,3 h内其对磷酸盐的去除率分别比沸石、活性炭提高了54%、67%.②当生态砖表面搭载36 mg/cm2粉煤灰时,生态砖材料表现出最佳的磷酸盐吸附性能,比未搭载粉煤灰的生态砖材料对磷酸盐的去除率提高了14%.③生态砖材料对磷酸盐的吸附符合Freundlich吸附等温方程和颗粒内扩散方程,其对磷酸盐的吸附机理是由颗粒内扩散起主导作用的物理吸附.④在缺磷胁迫环境下,紫花苜蓿根系分泌出的柠檬酸将生态砖表面的磷酸钙晶体溶解,进而将其吸收进植物体内,15 d对生态砖表面磷的脱附比例为38.40%±0.37%.研究显示,粉煤灰改性的非烧结生态砖材料对磷酸盐具有较好的吸附效果,并且吸附的磷酸盐能够被植物所吸收可实现生态砖材料的天然再生.