ENRC制备及吸附特性研究

摘要

氮是导致水体富营养化的主要因素，当水体pH值接近中性时，NH4+是氨氮的主要存在形式。天然沸石因比表面积大，离子交换性好，对水体中的氨氮具有很好的去除效果，且价廉易得。因此，利用天然沸石研究开发高效复合脱氮材料(Efficient Nitrogen RemovalComposite，简称ENRC)是当今减少氨氮排放，控制水域富营养化的有效措施之一.本文研究内容如下：
　　 1)选用天然沸石作为脱氮基材。通过静态吸附试验对天然粉末状沸石吸附氨氮的动力学、热力学和影响因素进行研究。结果表明，天然粉末状沸石对氨氮的吸附过程宜以langmuir吸附模型描述，其过程为物理吸附和离子交换相结合的吸热过程，且为自发反应，对温度是轻度敏感的，吸附过程符合准二级动力学模型。整个过程表现出“快速吸附，缓慢平衡”的特点，沸石投加量越大，粒径越小，氨氮去除率越高。溶液初始pH-6时天然粉末沸石对氨氮的去除效果较好，其它阳离子对沸石吸附氨氮的影响顺序为：K+>Na+>ca2+>Mg2+；水体中的溶解性磷对沸石吸附氨氮的影响不大。
　　 2)通过对比试验，证明了盐改性沸石的脱氮效果最好，最佳改性条件为：NaC1溶液浓度lmol/L，水浴温度70℃，体积质量比20m/g，水浴时间3h。改性沸石对氨氮的吸附更符合Freundlich模型，吸附过程介于单层吸附和多层吸附之间。改性沸石对氨氮的吸附量明显高于天然沸石，吸附平衡时间在20h左右，整个过程符合准二级动力学模型。经济分析表明，改性成本过高，工程应用的可行性较低。
　　 3)采用冷法制备ENRC的最佳条件为：沸石粒径45-70目，沸石和水泥的质量比4:1,植物发泡剂投加量imL/100g。采用热法制备ENRC的最佳条件为：沸石粒径100-200目，植物发泡剂投加量lmL/100g沸石，粘结剂水玻璃投加量10％（占沸石质量），预热温度500℃，预热时间30miN,烧结温度650℃，烧结时间10min.
　　 4)初始氨氮浓度为2～200mg/L时，Freundlich方程更适合描述天然粒状沸石对氨氮的吸附特征(r2>0.97)，而初始氨氮浓度为l～10mg/L时，粒状沸石对氨氮的吸附过程可用Langmuir模型来描述(r2=0.9401）。温度越高，粒径越小，沸石吸附能力越强，吸附过程符合准二级动力学模型。
　　 5)冷法制备ENRC对氨氮的等温吸附过程可用Langmuir模型描述，而热法制备ENRC更符合Freundlich吸附模型。天然粒状沸石对氨氮饱和吸附容量远高于冷法ENRC(q∞=1.4755mg/g)，而热法ENRC的饱和吸附容量(q∞=9.1158mg/g)只略低于天然粒状沸石。初始氨氮浓度为10mg/L时，冷法ENRC达到吸附平衡所需的时间在40h左右，热法ENRC在60h左右，两种材料的吸附过程均符合准二级动力模型(r2>0.99）。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外脱氮技术发展概况

1.2.1 生物法

1.2.2 物理化学法

1.3 沸石特性及其在废水脱氮方面的研究现状

1.3.1 沸石矿物的特性及用途

1.3.2 沸石在废水脱氮方面的研究现状

1.3.3 存在的问题

1.4 本文研究内容

第二章 试验基本资料

2.1 仪器与药品

2.1.1 试验仪器与设备

2.1.2 试验药品

2.2 氨氮溶液的配制

2.3 试验材料

2.4 分析测试方法

第三章 天然粉末状沸石对氨氮的吸附特性研究

3.1 试验目的与内容

3.2 试验方法

3.3 结果与分析

3.3.1 平衡吸附等温线

3.3.2 吸附动力学研究

3.3.3 吸附热力学研究

3.3.4 沸石去除水中氨氮的影响因素研究

3.4 本章小结

第四章 沸石改性方法及改性沸石吸附氨氮的特性研究

4.1 试验目的与内容

4.2 试验方法

4.2.1 天然沸石改性方法

4.2.2 改性沸石脱氮效果试验

4.3 结果分析

4.3.1 沸石改性方法的选择

4.3.2 最佳改性条件的确定和优化

4.3.3 改性沸石和天然沸石吸附特性的比较

4.5 本章小结

第五章 ENRC的制备

5.1 试验目的与内容

5.2 ENRC的冷法制备

5.2.1 试验材料

5.2.2 制备过程

5.2.3 最佳制备条件的确定

5.3 ENRC的热法制备

5.3.1 试验材料

5.3.2 制备过程

5.3.3 最佳制备条件的确定

5.4 本章小结

第六章 ENRC与天然粒状沸石吸附性能比较

6.1 试验目的与内容

6.2 试验方法

6.3 结果分析

6.3.1 天然粒状沸石和ENRC的结构表征

6.3.1 天然粒状沸石对氨氮吸附性能试验研究

6.3.2 ENRC与天然粒状沸石对氨氮吸附性能的比较

6.4 本章小结

第七章 结论

7.1 研究结论

7.2 建议

致谢

参考文献

硕士研究生在读期间发表的论文