河北赤城天然斜发沸石物化性能和K-NH交换特性的研究

摘要

研究了河北赤城天然斜发沸石的物化性能,并以其为交换剂对K<'+>-NH<,4><'+>交换特性进行了试验.主要包括:矿点的筛选;赤城斜发沸石对海水中钾离子吸附量的测定;不同处理方法对斜发沸石性能结构的影响;钾型斜发沸石K<'+>-NH<,4><'+>交换热力学及动力学的研究.试验结果表明:赤城斜发沸石属于高硅铝比沸石,对海水钾离子的吸附量为18mg/g沸石;通过不同浓度的酸、碱处理和不同温度的焙烧后,与原沸石相比,其对海水钾离子吸附量降低,通过XRD和TEM进行分析结果显示,其特征峰的峰强度下降;其阳离子交换能力为198.3mmol/100g沸石.K<'+>-NH<,4><'+>交换热力学的研究表明:斜发沸石对钾离子的选择性高于对铵离子的选择性,且随着温度的提高,有利于NH<,4><'+>的交换;铵离子进入沸石相与钾离子的交换反应为吸热反应.标准吉布斯自由能△<,r>G<,m><'θ>大于零,离子交换反应过程中,铵离子进入沸石相的能力比钾离子弱.通过对K<'+>-NH<,4><'+>交换动力学的研究得出:在试验条件下,其交换过程以液膜扩散控制为主;随着操作温度的升高,流速的增加,在相同接触时间内,沸石的转化率升高,随着溶液粘度的增加,钾型斜发沸石对铵离子的吸附率下降;温度、流速对总传质系数(K<,D>)的影响较大,当温度由25℃增至75℃时,总传质系数(K<,D>)增加了近两倍多;流速由0.0312m/s增大到0.2604m/s时,总传质系数增大了四倍多;而粘度对总传质系数影响较小.根据传质机理的判断,建立了传质模型,在试验条件范围内,所建模型与试验所得数据计算的总传质系数吻合较好.

目录

文摘

英文文摘

符号说明

第一章前言

第二章文献综述

§2-1赤城天然斜发沸石矿概述

§2-2天然斜发沸石的结构和离子交换特性

2-2-1天然斜发沸石的结构

2-2-2天然斜发沸石的交换特性

2-2-3天然斜发沸石离子交换性能的应用

§2-3基本概念

§2-4国内外研究进展

2-4-1国外研究进展

2-4-2国内研究进展

§2-5传质理论

2-5-1停滞膜模型

2-5-2溶质渗透模型

2-5-3表面更新模型

§2-6离子交换的研究

§2-5本课题研究目的与意义

第三章试验研究

§3-1试验原料和装置

3-1-1主要试验装置和仪器

3-1-2试验主要原料和试剂

3-1-3试验装置图

§3-2试验分析检测方法

§3-3试验研究的内容及原理方法

3-3-1样品的选择

3-3-2天然斜发沸石改型的方法

3-3-3斜发沸石物化性能的研究

3-3-4斜发沸石全交换容量的测定

3-3-5钾型斜发沸石K+-NH4+交换热力学的研究

3-3-6钾型斜发沸石K+-NH4+交换动力学的研究

3-3-7离子交换传质模型的建立与验证

§3-4试验数据的处理方法

3-4-1斜发沸石对海水K+吸附量的计算

3-4-2交换容量的计算

3-4-3 K+-NH4+交换平衡数据的计算

3-4-4离子交换热力学函数的计算

3-4-5沸石转化率的计算

3-4-6总传质系数的计算

3-4-7有效扩散系数的计算

第四章试验结果与讨论

§4-1赤城斜发沸石物化性能的研究

4-1-1斜发沸石对海水钾离子吸附量的测定

4-1-2独石口镇沸石组成及结构测定

4-1-3不同处理条件对天然斜发沸石性能影响的研究

4-1-4斜发沸石全交换量的测定

4-1-5 小结

§4-2钾型斜发沸石K+-NH+4交换热力学的研究

4-2-1 K+-NH4+的交换平衡时间的测定

4-2-2 K+-NH+4交换等温图

4-2-3 Kielland 图

4-2-4斜发沸石离子交换热力学函数

4-2-5小结

§4-3钾型斜发沸石K+-NH4+交换动力学的研究

4-3-1钾型斜发沸石K+-NH4+交换控制机理的判断

4-3-2钾型斜发沸石K+-NH4+交换动力学曲线的测定

4-3-3总传质系数和有效扩散系数的计算

4-3-4 小结

§4-4钾型斜发沸石K+-NH4+交换传质模型

4-4-1传质理论模型的假设

4-4-2传质方程的推导

4-4-3铵离子的平均传质速率

4-4-4传质模型的验证

4-4-5小结

第五章结论

结束语

参考文献

附录A

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果