改性沸石对水中氮磷和染料的吸附作用

发布时间：2020-01-22 07:03

【摘要】：改革开放以来,中国的经济快速发展,大量含氮磷的生活污水和含染料的工业废水未经处理直接排放进入水环境中。氮磷是引起水体富营养化的重要因素,而染料大多有三致作用(致癌、致畸、致突变)。因此,氮磷废水和染料废水排入水体之前有必要先进行处理。天然沸石是一种多孔材料,因其具有较大的比表面积和较高的阳离子交换容量而被广泛应用于水处理行业中。天然沸石能有效地去除阳离子污染物;通过改性后,改性沸石对阴离子污染物也有较好的去除效果。本文制备了镧-四氧化三铁联合改性沸石、溴化十六烷基吡啶改性沸石、羟基磷灰石-四氧化三铁联合改性沸石,并通过批量吸附实验考察了镧-四氧化三铁联合改性沸石对水中氮磷的吸附作用,以及溴化十六烷基吡啶改性沸石和羟基磷灰石-四氧化三铁联合改性沸石复合材料对水中阴离子染料的吸附作用,以期为应用改性沸石去除水中氮磷或阴离子染料提供帮助。采用天然沸石、三价镧离子、二价铁离子、三价铁离子等作为原材料,制备了镧-四氧化三铁联合改性沸石,通过批量吸附实验考察了该改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附作用。结果表明镧-四氧化三铁联合改性沸石对水中的磷酸盐和氨氮具备较好的吸附去除能力。当溶液p H值由6逐渐增加到11时,镧-四氧化三铁联合改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附能力逐渐下降。Langmuir等温吸附模型能较好的拟合镧-四氧化三铁联合改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附平衡数据。根据Langmuir模型计算得到的镧-四氧化三铁联合改性沸石对水中磷酸盐和铵的最大单位吸附量分别为12.9 mg/g(以磷计)和6.99 mg/g(以铵计)。镧-四氧化三铁联合改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附动力学过程可以采用准二级动力学方程较好地描述。升高反应温度增强了镧-四氧化三铁联合改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附。溶液存在的氯离子、硫酸根离子和碳酸氢根离子对镧-四氧化三铁联合改性沸石吸附磷无负面影响。溶液存在的钾离子对镧-四氧化三铁联合改性沸石吸附铵的负面影响最大,其次为钠离子,钙离子的负面影响最小。当溶液p H值为7时,镧-四氧化三铁联合改性沸石对磷和铵的吸附机制分别是配位体交换作用和阳离子交换作用。采用溴化十六烷基吡啶(CPB)对天然沸石进行改性制备得到了CPB改性沸石,通过批量吸附实验考察了CPB改性沸石对水中阴离子染料甲基橙的去除作用。CPB改性沸石对水中甲基橙的吸附能力随CPB负载量的增加而增加,CPB负载量最大的改性沸石对水中甲基橙的吸附能力最强。双分子层CPB改性沸石对水中甲基橙的去除率随吸附剂投加量的增加而增加,而CPB改性沸石对水中甲基橙的单位吸附量则随吸附剂投加量的增加而降低。双分子层CPB改性沸石对水中甲基橙的吸附平衡数据可以采用Langmuir等温吸附模型加以描述。根据Langmuir模型计算得到的CPB负载量为341 mmol/(kg沸石)的双分子层CPB改性沸石对水中甲基橙的最大吸附容量为63.7 mg/g(303 K和p H 7)。准二级动力学模型适合用于描述双分子层CPB改性沸石对水中甲基橙的吸附动力学过程。p H和反应温度对双分子层CPB改性沸石吸附水中甲基橙的影响较小。采用天然沸石、可溶性磷酸盐、钙离子、二价铁离子、三价铁离子做为原材料,制备得到羟基磷灰石-四氧化三铁联合改性沸石,对该复合材料进行了表征,并考察了该改性沸石对水中刚果红的吸附作用。结果表明,羟基磷灰石-四氧化三铁联合改性沸石对水中的刚果红具备良好的吸附能力。当p H由3增加到4或由7增加到11时,羟基磷灰石-四氧化三铁联合改性沸石对水中刚果红的去除能力下降;当p H由4增加到7时,对刚果红的吸附能力基本保持不变。羟基磷灰石-四氧化三铁联合改性沸石对水中刚果红的去除率随吸附剂投加量的增加而增加,而对水中刚果红的单位吸附量则随吸附剂投加量的增加而降低。羟基磷灰石-四氧化三铁联合改性沸石对水中刚果红的吸附动力学过程可以较好地采用准二级动力学模型加以描述,对刚果红的吸附平衡数据可以采用Langmuir和Freundlich等温吸附模型加以描述。根据Langmuir模型确定的最大吸附容量为117 mg/g(p H 7和303 K)。羟基磷灰石-四氧化三铁联合改性沸石对水中刚果红的吸附是自发吸热并伴随熵增加的过程。当p H为7时,羟基磷灰石-四氧化三铁联合改性沸石吸附水中刚果红的主要机制包括表面配位作用、氢键作用以及路易斯酸碱反应。采用热再生的方法可以使吸附刚果红后的羟基磷灰石-四氧化三铁联合改性沸石得到再生,热再生后的改性沸石可以循环使用并且对水中刚果红的吸附性能良好。X射线衍射分析结果表明羟基磷灰石-四氧化三铁联合改性沸石含Fe3O4,具备较高的磁饱和强度。该改性沸石吸附刚果红后可以很容易地通过外加磁场的作用快速与水溶液分离。综合以上结果,镧-四氧化三铁联合改性沸石适合作为一种吸附剂去除废水中的氮磷,双层CPB改性沸石适合作为一种吸附剂去除废水中的甲基橙,羟基磷灰石-四氧化三铁联合改性沸石适合作为一种吸附剂去除废水中的刚果红。
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703

【参考文献】