分子筛/改性沸石去除水中氨氮的研究

摘要

目前氨氮作为我国水体中的主要污染物，采用沸石去除水中氨氮是水污染控制领域的研究热点之一。但天然沸石存在交换容量有限，有机物吸附能力低的局限性。提高天然沸石的交换容量，利用沸石的特性联合其他处理工艺协同处理，已成为沸石在氨氮处理中的发展趋势。 本研究首先对天然沸石进行化学改性，通过阳离子交换量(CEC)，XRD，比表面积等手段对其进行表征。利用静态法研究了改性沸石吸附氨氮的规律，确定温度(T)、pH值、有机物干扰、氨氮起始浓度，吸附剂投加量对吸附效果的影响。同时对其动力学也进行了研究。通过动态法研究分子筛/改性沸石联用去除氨氮及有机物的可行性，探讨分子筛在吸附过程的协同作用。 通过研究，本文得出了以下结论： 在氯化钠浓度为5mol/L，95℃恒温，搅拌3h的条件下，可以得到氨氮去除率较高的改性沸石(98.56％)；阳离子交换量(CEC)由改性前的108.62mmol/100g提高为205.05mmol/100g；X射线衍射(XRD)分析，沸石表面的SiO<,2>相对含量提高，化学晶体结构没有变化；比表面积增大为26.302 m<'2>/g。改性沸石吸附氨氮能力的提高主要是由于阳离子交换量(CEC)的提高，改性沸石吸附氨氮主要是一个离子交换过程。 改性沸石对氨氮的吸附有以下规律：①氨氮的起始浓度增加有利于改性沸石的吸附；②pH=6.00时，改性沸石达到对氨氮的最大吸附量；③温度对改性沸石吸附氨氮的影响作用不明显；④腐殖酸对改性沸石吸附氨氮有抑制作用，腐殖酸浓度越大抑制作用越显著；⑤随着投加量的上升，吸附量和去除率呈负相关变化；⑥低流速有利于改性沸石对氨氮的吸附，改性沸石可以较好的适应水质波动。 改性沸石对氨氮具有快速吸附的特点，前20min氨氮去除率可达60.03％。氨氮在沸石上的快速吸附符合Fick定律(相关系数R=0.9575)。Freundlich和Langmuir吸附等温线都能较好的拟合氨氮在改性沸石上的吸附过程，Freundlich吸附等温线方程为：Q=6.2575C<'2.9135>(相关系数R=0.9677)，Langmuir吸附等温线方程为：Q=1.25570(1+24.065C)(相关系数R=0.9315)，试验结果表明改性沸石对氨氮的吸附更符合Freundlich吸附等温线。 分子筛/改性沸石联用去除含有腐殖酸的氨氮原水可以达到良好的处理效果。腐殖酸浓度为5mg/L，出水浓度达到0.5mgNH<'+><,4>-N/L以下，腐殖酸去除率保持在70％以上。对低浓度氨氮的实际水体进行处理，可以使出水浓度达到0.5mgNH<'+><,4>-N/L以下。结果表明通过分子筛对有机物的去除，降低了有机物对改性沸石的抑制，分子筛/改性沸石联用提高了对氨氮的去除。

目录

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第一章绪论

1.1水体中氨氮污染的概况

1.1.1水体中氨氮污染的现状

1.1.2水体中氨氮的危害

1.1.3各国水质中氨氮的标准

1.2脱氮处理技术和工艺研究现状及进展

1.2.1生物法

1.2.2物化法

1.2.3脱氮处理的新工艺和新技术

1.3沸石在水处理中的应用

1.3.1沸石的性质及结构特点

1.3.2沸石改性的方法

1.3.3沸石在水处理中的应用研究

1.4分子筛在水处理中的应用

1.5本研究的意义

第二章研究的内容和方法

2.1研究内容

2.2研究方法

2.2.1实验材料

2.2.2实验设备及装置

2.2.3主要分析测试项目

2.2.4实验方法及技术路线

第三章改性沸石的筛选、表征及分析

3.1天然沸石改性方法的筛选

3.1.1天然沸石改性预处理

3.1.2天然沸石的酸改性

3.1.3天然沸石的碱改性

3.1.4天然沸石的氯化钠改性

3.2改性沸石的表征及分析

3.2.1改性沸石阳离子交换量(CEC)的测定

3.2.2改性沸石表面结构X射线衍射(XRD)分析

3.2.3改性沸石比表面积的测定(BET法)

3.3本章小结

第四章改性沸石吸附氨氮研究

4.1改性沸石吸附氨氮的静态实验

4.1.1起始浓度对氨氮吸附的影响

4.1.2 pH值对氨氮吸附的影响

4.1.3温度对氨氮吸附的影响

4.1.4有机物对氨氮吸附的影响

4.1.5沸石投加量与氨氮去除率之间的关系

4.2改性沸石吸附氨氮的动态实验

4.2.1流速对改性沸石吸附氨氮的影响

4.2.2动态吸附中氨氮起始浓度的影响

4.3改性沸石吸附氨氮的动力学研究

4.3.1改性沸石对氨氮的吸附速率

4.3.2氨氮在改性沸石上的吸附等温线

4.4本章小结

第五章分子筛/改性沸石联用去除氨氮的试验性研究

5.1分子筛单独去除有机物的研究

5.2分子筛单独去除氨氮的研究

5.3分子筛/改性沸石联用去除氨氮的试验性研究

5.4分子筛和改性沸石联用对实际原水中氨氮的处理

5.5分子筛和改性沸石的后处理

5.5.1分子筛的后处理

5.5.2改性沸石的后处理

5.6本章小结

第六章结论

研究结论

参考文献

致谢

作者简历