天然沸石定向合成A型分子筛及其脱氮性能

针对污水厂尾水深度脱氨问题,以河南巩义的天然沸石为起始原料,采用常压水热合成方法,选用4种不同的工艺方案合成A型分子筛,并对合成产物的吸附氨氮性能及其纯度、晶体结构、形貌特征、孔隙率等材料结构特征进行分析与表征,探讨天然沸石制备高效脱氨分子筛的合成方法.结果表明：与直接碱溶法制备硅源相比,碱熔融活化法对沸石原料硅的利用率较高,硅源纯化合成方案产物的氨氮吸附性能显著得到改善,平衡吸附量达20mg/g以上;其晶体形貌规整有序、杂质含量低、孔道通畅,有利于吸附扩散与传质过程.综合考虑硅源制备能耗、物耗及合成产物吸附性能,天然沸石合成A型分子筛适宜的工艺方案为碱溶纯化合成法.     

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...     

粉煤灰提铝中间产物合成4A分子筛对氨氮的吸附行为研究

采用粉煤灰提铝中间产物合成4A分子筛,利用XRD、SEM、热重分析、化学成分分析、阳离子交换容量对4A分子筛进行表征.考察吸附时间、pH、分子筛投加量、氨氮初始浓度、共存阳离子对其吸附性能的影响,研究其对模拟废水中氨氮的吸附效果,并结合准二级动力学方程、吸附等温线研究吸附性能和机理.结果表明,初始浓度为50 mg·L~(-1)、4A分子筛投加量为5 g·L~(-1)、pH值为6~9、吸附时间为80 min时氨氮去除率可达71.34%;随着氨氮初始浓度升高,其去除率降低,吸附容量增加;共存阳离子Na~+、K~+、Ca~(2+)对NH_4~+有强烈的竞争吸附,Mg~(2+)无明显竞争作用.吸附过程符合准二级动力学方程和Freundlich模型.Langmuir吸附等温线显示最大吸附容量为20 mg·g~(-1).     

4A分子筛对水中铅离子的吸附及其机理分析

以4A分子筛、阳离子交换树脂和活性炭作为吸附材料对Pb2+吸附性能进行对比,并通过吸附等温线和动力学方程拟合得到,4A分子筛对Pb2+的吸附速率常数为0.014 9 g/(mg·s),吸附容量为595.2 mg/g,高于阳离子交换树脂的0.000 5 g/(mg·s)和203.3 mg/g,以及活性炭的0.001 9 g/(mg·s)和177.3 mg/g,且吸附过程主要受液膜扩散控制。对比分析4A分子筛对不同价态金属离子Ag+、Pb2+和Cr3+的吸附,结果表明:分子筛对金属离子的吸附与价态数成反比,价态越高,吸附反应速率越低;且吸附过程主要为同电性、等电量的离子交换吸附。分子筛吸附Pb2+前后元素组分、晶体结构和表观形貌的变化表明:分子筛对Pb2+的吸附是分子筛中的Na+与溶液中游离的Pb2+发生离子交换的过程,经吸附后的4A分子筛的晶体结构和表面形貌保持不变。Zeta电位分析表明,4A分子筛与铅离子的作用方式中存在着静电吸引的物理吸附。     

铵饱和天然钙型沸石的化学再生效果

为实现沸石人工湿地的长期高效运行,以铵饱和天然钙型沸石为对象,通过沸石化学再生试验,从6种常用化学再生剂(NaCl+NaOH,NaCl+CaCl₂和NaCl+NaHCO₃组合型,以及NaCl,CaCl₂和NaHCO₃)中筛选出最佳再生剂,并优化了再生剂适用条件. 结果表明,NaCl+CaCl₂组合型再生剂能提升沸石再生率10%～20%,且不影响沸石结构,是一种较优的再生剂. 采用NaCl+CaCl₂组合型再生剂,Na+在沸石再生初期起主导作用,而当c(Na＋)较低时,Ca2+的离子交换作用逐渐起主导作用,因而采用该组合型再生剂能显著提升再生剂效果的持久性. 再生条件优化试验表明,当c(NaCl)∶c(CaCl₂)为7∶3,即当Ca2+和Na+所带正电荷数接近时,组合型再生剂再生率相对较高;当再生温度低于45℃时,升高温度能显著提升沸石再生率;而再生剂投加量为0.6 mol/L(以再生剂中的阳离子浓度计)时,组合型再生剂投加量最经济.      

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+。     

天然沸石吸附低浓度氨氮废水的研究

采用浙江某地天然沸石吸附废水中低浓度氨氮,研究了pH、天然沸石投加量对吸附的影响,分析了吸附等温线和吸附动力学,并进行了动态吸附和脱附研究。结果表明,pH对天然沸石吸附有较大影响,吸附的最佳pH为8.0;随着天然沸石投加量的增加,氨氮的去除率逐渐增大,但吸附量随之减小。Freundlich方程比Langmuir方程更好地描述氨氮在天然沸石上的吸附行为,且此吸附是优惠吸附。假二级方程很好地拟合吸附动力学实验数据,吸附速率常数k2随着天然沸石投加量的增大而增大。装填105g天然沸石吸附柱处理含氨氮20mg/L废水的水量为15L,出水氨氮浓度小于5mg/L。用含氯化钠和氢氧化钠的溶液作为脱附剂,脱附率为95.5%。     

天然沸石吸附氨氮和磷的研究

选用浙江缙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。     

钙型天然斜发沸石同步脱氮除磷特性

以钙型天然斜发沸石为试验材料进行废水同步脱氮除磷特性研究,考察反应时间,沸石投加量,pH,温度及废水中的有机物含量对斜发沸石同步去除氨氮和磷的影响. 结果表明:在沸石投加量为250 g/L,pH为7.0～9.0,温度为25 ℃,吸附时间为24 h的条件下,钙型天然斜发沸石对氨氮的去除率达到96%,对磷的去除率接近100%. pH对钙型天然斜发沸石除磷效果影响显著,但对氨氮去除效果影响不大. 当pH由3.0升至5.0时,磷的去除率由54%降低至43%,吸附作用是磷的主导去除机制;当pH由5.0升至8.0时,磷的去除率迅速升高,化学沉淀逐渐成为磷的主导去除机制;pH为8.0以上时,磷的去除率接近100%. 废水有机物对钙型天然斜发沸石去除磷的效果存在差异,其中柠檬酸的加入使磷的去除率降低16%,显著抑制了磷的去除;腐殖酸的加入仅使磷的去除率降低3%,影响甚小. 柠檬酸和腐殖酸的加入对氨氮的去除效果影响均较小(低于3%).      

分子筛脱硅对其结构与吸附氨氮性能的影响

为提高分子筛吸附氨氮的能力,采用碱蚀法对4种不同硅铝比ZSM5型分子筛进行脱硅处理,对比了脱硅前后吸附氨氮性能的差异;结合X射线衍射、扫描电镜等分析手段观察了其孔隙与晶体结构、表面形貌的变化,同时借助X射线荧光光谱、傅里叶红外光谱等表征手段分析了其内部元素组成与骨架基团的变化;考察了分子筛脱硅处理对改善其吸附氨氮性能的影响机制.结果表明,分子筛经脱硅后氨氮吸附量大幅提高,硅铝比越大吸附氨氮性能改善越显著,其中,硅铝比最小的ZSM5-27型分子筛脱硅后的氨氮平衡吸附量由5.81mg/g上升至10.44mg/g,上升幅度亦达79.7%;碱蚀脱硅处理有效降低了ZSM5型分子筛的硅铝比,分子筛硅铝比越大降低越显著.分子筛脱硅后,其介孔比表面积与比孔容增加、孔径分布变得宽泛;晶体结构仍保持完整、晶粒形态变得更加清晰规整;离子交换容量增加、硅/铝氧四面体结构单元作用增强.碱蚀法对ZSM5型分子筛具有骨架脱硅补铝、疏通孔道等多重作用,脱硅后分子筛活性位点增加、氨离子扩散阻力下降,吸附性能得到改善.     

Cu-ZSM-5对燃气烟气中NO的吸附特性

由于燃气烟气中水含量高,从预处理条件、H₂O含量和O₂含量方面考察Cu-ZSM-5分子筛吸附NO的影响.实验结果表明：在5%O₂,无水条件下,Cu-ZSM-5（Si/Al=25）吸附效果最好,穿透吸附量为0.8371mmol/g;通过FT-IR验证NTP预处理能够有效去除Cu-ZSM-5分子筛中H₂O,并保留-OH吸附位;H₂O的存在能够明显抑制Cu-ZSM-5的吸附能力,在烟气含8%H₂O的条件下,Cu-ZSM-5穿透吸附量下降至0.09566mmol/g,相比之下,混合吸附剂CMS/La-Cu-ZSM-5=1/9穿透吸附量可达0.1889mmol/g;O₂的存在可以有效促进NO吸附,但在10% O₂时出现了氧抑制现象;通过TPD和FT-IR分析,Cu-ZSM-5吸附物种以NO₂,NO,-NO₃为主,而在8% H₂O条件下,-NO₃含量较少.     

天然斜发沸石粉对溶液中NH4+的吸附机理研究

采用天然斜发沸石粉(平均粒径30μm)进行吸附溶液中NH4+的试验研究,并对系统中金属阳离子的液相和固相含量进行了全程跟踪测定.等温吸附试验、吸附动力学研究结果表明,天然斜发沸石对溶液中NH4+的吸附过程符合Freundlich线性模型(R2=0.996),该吸附过程属于优惠吸附;吸附动力学符合假二级方程(R2>0.99),且随着初始NH4+浓度的增加,吸附反应的优惠程度降低.沸石粉对NH4+的吸附过程中离子交换以Ca2+和Na+为主,Na+首先被交换出来,随着吸附过程进行,Ca2+交换量逐渐增加并超过Na+,两者交换当量分别占39%~60%和35%~57%.由于沸石粉粒径较小,其对NH4+的去除除了依靠离子交换作用外,物理吸附作用的贡献不容忽视.     

粉煤灰合成NaA型沸石对重金属离子的吸附动力学

以粉煤灰为原料,采用两步法合成了单一沸石矿物种的NaA型沸石,对合成产物的结构和性能进行了表征.通过静态吸附实验,研究了NaA型沸石对水溶液中Cu(ΙΙ)、Cr(Ⅵ)和Zn(ΙΙ)离子的吸附特性,从动力学角度探讨了吸附机理.结果表明,在所研究的浓度和pH值条件下,NaA型沸石对3种重金属的吸附符合Langmuir等温吸附方程,静态饱和吸附量(Qm)分别为82.30,65.96,47.78mg/g;3种金属离子在水溶液中的存在方式和大小是影响它们吸附行为的主要因素,通过动边界模型推算表明:NaA型沸石对Cu(ΙΙ)和Zn(ΙΙ)离子的吸附过程的速度控制步骤为液膜扩散,对Cr(Ⅵ)离子的吸附过程的速度控制步骤为颗粒扩散,3种金属离子的吸附过程符合伪二级方程.     

废水中聚丙烯酰胺在H-Beta分子筛上的吸附特性

将H-Beta用于处理含聚丙烯酰胺(PAM)的驱油废水,研究了PAM在H-Beta上的吸附动力学和热力学特征,并考察了吸附条件对吸附效果的影响.结果表明,吸附过程遵循准二级动力学模型;在低PAM初始浓度(100 mg·L-1)时,吸附表观活化能40 k J·mol-1,说明H-Beta对PAM的吸附以化学吸附为主;在高PAM初始浓度(200和500 mg·L-1)时,吸附活化能降低,吸附向物理吸附转变.吸附等温线在低平衡浓度区符合Langmuir模型,25、40和50℃时的单层饱和吸附量分别达到70.2、76.9和90.9 mg·g-1;在高平衡浓度区符合Freundlich模型,表现为多层吸附.吸附主要来自氢键作用,为自发的吸热过程.p H为2~4,吸附剂用量为5 g·L-1时,具有更优的吸附效果.真实废水中油和盐类的存在对PAM在H-Beta上的吸附未产生不利影响.     

生物炭对水体中铵氮的吸附特征及其动力学研究

以生物炭作为吸附剂,通过静态实验研究了生物炭对水体中铵氮的吸附特性,并从动力学角度探讨了其吸附机理。结果表明,生物炭对铵氮的吸附在60min内基本达到吸附平衡,其吸附量随着水溶液中铵氮的增加而增加,Langmuir方程能够更好的描述铵氮在生物炭上的等温吸附行为,最大吸附量为l.24mg／g,铵氮在生物炭上的吸附动力学数...     

生物炭结构性质对氨氮的吸附特性影响

氨抑制现象在富含有机氮底物的沼气工程中普遍存在,采用生物炭吸附法可固定发酵液中氨氮.为探究生物炭理化结构与氨氮吸附特性之间的相关关系,在不同热解温度(350、450和550℃)下制备以玉米秸秆、稻壳为原料的生物炭,通过元素分析、FTIR和BET等分析生物炭结构及其理化性质,并结合批式吸附实验,研究不同理化性质生物炭对氨氮的吸附特性影响.结果表明随着热解温度的升高,生物炭中碳及灰分含量增多; 450℃制备的玉米秸秆生物炭(CS450)与550℃制备的稻壳生物炭(RH550)对氨氮的吸附分别遵循准二级和准一级动力学模型.Freundlich吸附模型能更好地描述CS450和RH550生物炭对氨氮的等温吸附过程;玉米秸秆炭吸附量与其表面官能团间具有显著相关性;而与稻壳炭的吸附量相关性最显著的为生物炭的比表面积,其次是表面官能团,最后是灰分.其中,RH550吸附性能最好,最大吸附量为12. 16 mg·g~(-1).