沸石改性对水中氨氮及有机物的吸附试验研究

摘要

随着我国城市化和工业化进程的加快，水质污染也日益严重。大量工业废水往往含有较高浓度的难降解有机物、重金属离子及氮磷等污染物，这些物质一旦被排放到河流湖泊等地表水体，将会对水体中的生物及人类的健康造成严重的危害。为了减轻水体污染的现状与控制污染物排放总量，国内外学者对如何经济、高效、快速的去除水中污染物展开了广泛的研究。
　　本课题以甘肃白银天然斜发沸石为吸附剂，以水中氨氮、腐殖酸与油类为去除对象，重点研究无机酸、高温、无机盐与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性沸石对这三种污染物的去除效果及吸附机理，结果表明:在改性沸石吸附氨氮的试验中，H2SO4、HCl和HNO3三种无机酸对沸石的改性效果并不理想，对氨氮的吸附量均低于同实验条件下的未改性沸石;三种无机酸改性效果对比显示，HNO3改性效果最好，HCl次之，H2SO4最差;高温改性温度控制在200～300℃为最佳，在此温度范围下的改性沸石对氨氮的吸附量比未改性沸石增大了4.024％～4.752％;NaCl改性沸石对氨氮的吸附优于KCl与CaCl2，在NaCl浓度为1.6mol/L时，NaCl改性沸石对氨氮的吸附量为5.541mg/g，比未改性沸石增大了21.711％;CTAB改性沸石对氨氮的吸附量差于未改性沸石。
　　在改性沸石对腐殖酸的吸附试验中，CTAB改性沸石对腐殖酸的吸附能力高于未改性沸石，CTAB浓度为0.02mol/L时改性效果最佳，对腐植酸的吸附量为0.325mg/g是未改性沸石的吸附量的3.17倍。在CTAB改性沸石吸附油的试验中，CTAB改性沸石对油的吸附能力高于天然沸石，CTAB浓度为0.024mol/L时改性效果最佳，对油的吸附量为0.352mg/g，比未改性沸石对油类的吸附量提高了18.92％。
　　在吸附等温线模型拟合中，未改性沸石与改性沸石对氨氮、腐殖酸和油类的吸附过程均符合Langmuir吸附等温线模型与Freundlich吸附等温线模型，但Langmuir吸附等温线拟合的相关系数R2均大于Freundlich吸附等温线，故更适合用Langmuir吸附等温线对其吸附特性进行描述。在反应动力学模型拟合中，未改性沸石与改性沸石对氨氮、腐殖酸和油类的吸附研究表明:准二级反应动力学模型的相关性R2均大于准一级反应动力学模型，说明准二级反应动力学模型能更好的描述未改性沸石与改性沸石对氨氮、腐殖酸和油类的吸附过程。
　　未改性与改性沸石扫描电镜(SEM)表明:巩义、缙云与白银的天然沸石表面均粗糙，有许多沟槽和凹坑，呈现出明显的晶体结构和各向异性特征，但粗糙程度、沟槽和凹坑的数量有所差异，白银天然沸石表面最为粗糙，沟槽也最为明显，缙云天然沸石次之，巩义沸石最不明显。CTAB改性沸石与未改性沸石（白银天然沸石）相比表明，CTAB改性沸石颜色变浅，沟槽也明显减少。
　　电子能谱分析(XPS)表明，未改性沸石与改性沸石均主要有Si与O组成。与未改性沸石相比，NaCl改性沸石中的Na元素与CTAB改性沸石中的C元素含量均明显上升，表明改性效果良好。红外光谱(FTIR)分析表明，与未改性沸石比较，CTAB改性沸石上出现了-CH3伸缩振动吸收峰、-CH2的伸缩振动吸收峰与弯曲振动峰，表明CTAB已成功负载到沸石上;与CTAB改性沸石比较，吸附腐殖酸与油类后的改性沸石出现了-OH与C=O伸缩振动吸收峰，说明水中腐殖酸与油类被CTAB改性沸石成功吸附。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 氨氮与有机物对我国水环境的污染状况

1．1．1 氢氮的来源、性质及危害

1．1．2 腐植酸的来源、性质及危害

1．1．3 水中油类的来源、性质及危害

1．2 水中氨氮、腐植酸和含油废水的处理技术

1．2．1 水中氨氮的处理技术

1．2．2 水中腐殖酸的处理技术

1．2．3 含油废水的处理技术

1．3 沸石的研究

1．3．1 沸石的主要成分与种类

1．3．2 沸石的基本结构

1．3．3 沸石的基本性质与吸附机理

1．3．4 沸石在水处理中的应用

1．3．5 沸石改性技术

1．4 十六烷基三甲基溴化铵的性质

1．5 研究目的、意义和内容

1．5．1 研究目的与意义

1．5．2 研究内容

2 天然斜发沸石的吸附特性研究

2．1 试验原料

2．2 本章内容

2．3 试验部分

2．3．1 试剂和仪器

2．3．2 氨氮配制与测定方法

2．3．3 吸附等温线模型

2．3．4 静态吸附试验方法

2．4 结果讨论

2．4．1 三种天然斜发沸石的吸附等温线

2．4．2 不同粒径沸石对氨氮吸附效果研究

2．4．3 不同温度下沸石吸附氨氮研究

2．4．4 不同沸石投加量对氨氮吸附效果研究

2．5 本章小结

3 不同无机酸酸和高温改性沸石研究

3．1 试验原料

3．2 本章内容

3．3 试验部分

3．3．1 试剂和仪器设备

3．3．2 酸和高温改性试验方法

3．4 结果讨论

3．4．1 H2SO4对沸石的改性

3．4．2 HCl对沸石的改性

3．4．3 HNO3对沸石的改性

3．4．4 酸改性沸石吸附氨氮平衡时水样的pH变化

3．4．5 不同酸改性沸石的比较与优选

3．4．6 高温对沸石的改性

3．5 本章小结

4 无机盐对沸石的改性效果研究

4．1 试验原料

4．2 本章内容

4．3 试验部分

4．3．1 试剂和仪器设备

4．3．2 反应动力学模型

4．3．3 试验方法

4．4 结果讨论

4．4．1 KCL对沸石的改性研究

4．4．2 CaCl2对沸石的改性研究

4．4．3 NaCl对沸石的改性研究

4．4．4 振荡温度对沸石的改性研究

4．4．5 NaCl改性沸石的吸附等温线

4．4．6 NaCl改性沸石的反应动力学

4．5 本章小结

5 CTAB改性沸石研究

5．1 试验原料

5．2 本章内容

5．3 试验部分

5．3．1 试剂和仪器设备

5．3．2 CTAB改性与静态试验方法

5．4 结果讨论

5．4．1 CTAB改性沸石对氨氮的吸附

5．4．2 CTAB改性沸石对腐殖酸的吸附

5．4．3 CTAB改性沸石对油类的吸附研究

5．5 本章小结

6 天然沸石与改性沸石的表征

6．1 试验原料

6．2 本章内容

6．3 试验部分

6．3．1 试验仪器

6．3．2 试验方法

6．4 结果与讨论

6．4．1 扫描电镜(SEM)

6．4．2 光电子能谱(XPS)

6．4．3 红外光谱(FTIR)

6．5 本章小结

结论与建议

1 结论

2 问题与建议

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果