一种氨氮吸附剂及去除水体中氨氮的方法

摘要

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种氨氮吸附剂及去除水体中氨氮的方法。本发明的氨氮吸附剂由包括以下步骤的方法制备：将天然矿石浸泡于pH值大于14的碱液中20～24h，然后过滤，将天然矿石洗涤至洗液pH值为8～9，即得。本发明的氨氮吸附剂本身为碱性，对废水中的氨氮去除效果较好，氨氮单位吸附量最高可达到40mg/L以上。

说明书

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种氨氮吸附剂及去除水体中氨氮的方法。

背景技术

大量的生活污水、工业废水等被排入城市水体，使水体中的氨氮含量过高，引起水体的富营养化，刺激植物和藻类的疯长。植物和藻类的疯长消耗掉水中大量的氧，在极端情况下还可能形成一个完全缺氧的环境，致使鱼类和其他水生物死亡，并且死亡后的尸体腐烂、水解、发酵，使得水体最终变黑、变臭。因此氨氮的去除是治理水污染的重要工作之一。

水中的氨氮以离子态铵(NH

发明内容

本发明的目的在于一种氨氮去除效果较好的氨氮吸附剂及去除水体中氨氮的方法。

本发明的氨氮吸附剂采用的技术方案为：

一种氨氮吸附剂，由包括以下步骤的方法制备：将天然矿石浸泡于pH值大于14的碱液中20～24h，然后过滤，将天然矿石洗涤至洗液pH值为8～9，即得。

经过碱浸泡后的天然矿石表面携带大量的负电荷，有利于对离子态铵的吸附。并且，天然矿石经过碱浸泡后表面结构被改变，提升了天然矿石的离子交换能力，有助于吸附效果的提升。经过洗涤后的天然矿石本身呈碱性，本身为带负电荷的材料，强化了离子态铵的吸附效果。本发明的氨氮吸附剂的单位吸附量最高能够达到48.38mg/g，具有较好的氨氮去除效果。

所述天然矿石由以下质量百分比的组分组成：丝光沸石28～32％，片沸石13～17％，菱沸石18～22％，方沸石33～37％。本发明的天然矿石由菱沸石、丝光沸石等天然沸石混合制得，天然沸石由于具有较大的比表面，并且具有一定的离子交换能力，对氨氮具有较好的吸附效果。

所述碱液的pH值大于14且小于15。碱性溶液能够清理天然矿石的孔道，扩大天然矿石的比表面积。若pH值低于14则碱浓度较低，则效果不明显。若碱性太强则碱浓度太高，则天然矿石中的孔道则被氢氧根占据，降低其孔容，从而降低对氨氮的吸附量；同时，若碱浓度太高使得后续洗涤需大量的水，造成浪费。

所述碱液为氢氧化钠溶液。钠离子能够置换天然矿石上的一些活泼性较弱的阳离子，进一步增强天然矿石对氨氮的吸附能力。

优选的，1g天然矿石对应使用40～60mL的碱液。

本发明的去除水体中氨氮的方法采用的技术方案为：

一种去除水体中氨氮的方法，包括以下步骤：将氨氮吸附剂置于待处理水体中1～2天，然后回收氨氮吸附剂；所述氨氮吸附剂为上述氨氮吸附剂。

在处理待处理水体时，氨氮吸附剂由于本身呈弱碱性，能够调节待处理水体的环境。如在处理偏酸性水体时在一定程度上能够降低酸性，改善水体pH值，使吸附向有利的反应环境进行，强化吸附效果。采用本发明的氨氮吸附剂处理废水，具有较好的吸附效果。同时回收的氨氮吸附剂根据现有技术中的再生方法进行再生，然后循环利用，提高资源利用率。

待处理水体中氨氮浓度(以氮元素的浓度计)为480～520mg/L时，每立方待处理水体对应使用11.33～12.71kg的氨氮吸附剂。当待处理水体的氨氮浓度发生改变时，氨氮吸附剂的用量成比例变化。如浓度减半时氨氮吸附剂用量也减半。

具体实施方式

以下实施例中所用天然矿石由山东广景环境科技有限公司提供，所用天然矿石为经过100目(0.15mm)筛分后的粉末。具体由以下质量百分比的组分组成：丝光沸石30％，片沸石15％，菱沸石20％，方沸石35％。按照上述组分混合而成的天然矿石中的元素种类及其质量百分含量为：7.14％，O：44.05％，Na：0.48％，Mg：0.75％，Al:7.26％，Si：32.74％，Cl：1.48％，K：1.68％，Ca：2.87％，Fe：1.55％。

以下实施例中所用模拟废水由以下方法配制：称取23.589g硫酸铵溶解后定容至500mL的容量瓶内，之后量取12.5mL，定容至250mL容量瓶内，配置成为氮元素(硫酸铵中的氮元素)的浓度为500mg/L的溶液。

一、氨氮吸附剂的实施例

实施例1～6

本实施例的氨氮吸附剂由包括以下步骤的方法制备：

(1)氢氧化钠溶液的配制

称取160g氢氧化钠固体，溶解后定容至500mL的容量瓶内，得8mol/L的氢氧化钠溶液；然后分别量取37.5mL、50mL、62.5mL、75mL、87.5mL于100mL的容量瓶内，配置成浓度为3mol/L、4mol/L、5mol/L、6mol/L、7mol/L的氢氧化钠溶液。

(2)天然矿石的改性

分别取20mL浓度为3mol/L、4mol/L、5mol/L、6mol/L、7mol/L以及8mol/L的氢氧化钠溶液置于不同的烧杯中，然后分别加入0.5g天然矿石，密封后将烧杯在恒温震荡箱(温度为25℃±1℃，转速为120rpm/min)中震荡24h。然后过滤，用蒸馏水冲洗天然矿石上的残余碱液，冲洗至吸液的pH至为8～9时停止冲洗，然后减压抽滤。然后将天然矿石置于干燥器中，在室温环境下自然晾干，即得氨氮吸附剂。

其中，实施例1中的氨氮吸附剂为经3mol/L的氢氧化钠溶液浸泡后的天然矿石。实施例2中的氨氮吸附剂为经4mol/L的氢氧化钠溶液浸泡后的天然矿石。实施例3中的氨氮吸附剂为经5mol/L的氢氧化钠溶液浸泡后的天然矿石。实施例4中的氨氮吸附剂为经6mol/L的氢氧化钠溶液浸泡后的天然矿石。实施例5中的氨氮吸附剂为经7mol/L的氢氧化钠溶液浸泡后的天然矿石。实施例6中的氨氮吸附剂为经8mol/L的氢氧化钠溶液浸泡后的天然矿石。

试验例1

本试验例对天然矿石的等电点进行测试，具体测试过程为：配置0.01mol/L氯化钠溶液，量取70mL，倒入100mL的烧杯中。用0.1mol/L的氢氧化钠溶液和0.1mol/L的氯化氢溶液，调节成初始pH浓度为3～10的溶液。分别加入0.1g天然矿石，置于298K下的恒温震荡箱中，震荡吸附300min。去除样品，测定溶液的pH值。以△pH(初始pH值减去最终pH)为纵坐标，初始pH值为横坐标作图，所得曲线与坐标轴的交点即为等电点。)

试验结果表明，本发明所用天然矿石的等电点在4.5～5之间，当溶液pH小于等电点时，材料表面带正电荷，对溶液中阴离子的吸附较为有利；当溶液的pH大于等电点时，材料表面带负电荷，对溶液中阳离子的吸附较为有利。

试验例2

在25℃±2℃的环境下，将模拟废水中的氮元素浓度浓度稀释至30mg/L，然后用浓度为0.1mol/L的氯化氢溶液和0.1mol/L的氢氧化钠溶液，配置出不同酸碱度的废水，将0.5g未改性的天然矿石置于20mL不同pH的废水中，密封。然后在恒温摇床上震荡2h。取出后，过滤取样测量废水中剩余氨氮浓度，然后计算氨氮中氮元素的吸附量以及去除率，结果如表1所示。

表1不同pH条件下天然矿石的氨氮去除效果

由表1可知，该材料在pH为7～9时效果较优。在碱性条件下，溶液中的氢离子浓度大大减少，与离子态铵有关吸附位点的竞争大大降低。天然矿物材料的有效吸附位点，与大量的离子态铵相结合，吸附量上升。若持续增加碱性，水中的离子态铵与氢氧根相结合，形成NH

试验例3

本试验例对实施例1～6的氨氮吸附剂进行去除氨氮能力进行测试。具体方法为：在六个不同的烧杯中分别加入20mL的模拟废水，然后分别加入0.1g实施例1～6中的氨氮吸附剂，然后密封，在恒温摇床上震荡2h。取出后，过滤取样测量模拟废水中剩余氨氮浓度，然后计算氨氮中氮元素的吸附量以及去除率，结果如表2所示。

表2改性天然矿石的氨氮去除效果

由表2可知，实施例1～3的氨氮吸附剂单位吸附量相差不大，基本相等。而实施例4中的氨氮吸附剂的单位吸附量有所下降，与实施例5中的氨氮吸附剂剂的单位吸附量基本相同。而实施例6中氨氮吸附剂的吸附量有所提升，单位吸附量为42mg/g。这是由于：随着碱浓度的升高，碱对天然矿石的结构具有影响。当碱浓度为6mol/L时，天然矿石本身孔径被氢氧根离子占据，减少了材料本身的孔容，因此吸附量降低。但当浓度为8mol/L时，溶液中的钠离子浓度达到最大，强化了材料离子交换的能力，因此天然矿石的吸附性能得到提升。但是采用高浓度的碱浸泡后，后续清洗则需采用大量的水和较长的时间，造成资源浪费。因此，优选的，采用碱溶液对天然矿石改性时，碱的浓度为3～5mol/L。

二、去除水体中氨氮的方法的实施例

实施例7

本实施例的去除水体中氨氮的方法包括以下步骤：

(1)将实施例1中的氨氮吸附剂置于氨氮中氮元素浓度为500mg/L待处理水体中1天(每立方待处理水体对应使用12kg的氨氮吸附剂)，然后取出；

(2)对取出的氨氮吸附剂进行再生，具体再生方法过程为：将氨氮吸附剂与浓度为0.1mol/L的氯化钠溶液按照0.1g：(20～30)mL比例混合，然后放置摇床，在转速为120转/min的条件下震荡24h，然后过滤，采用蒸馏水清洗1～2次，在105℃的环境中，除去水分，即可达到再生的效果；

(3)重复步骤(1)～(2)至待处理水体中的氨氮含量符合要求。