沸石改性及其对去除水中氨氮研究

陈卓君

（广东中强环保设备工程有限公司中山分公司广东中山528403）

沸石改性及其对去除水中氨氮研究

陈卓君

（广东中强环保设备工程有限公司中山分公司广东中山528403）

天然沸石在自然界中的储备丰富，在水处理中具有广泛的应用前景。本文介绍了几种沸石的主要改性方法，包括：物理改性法、酸性改性法、碱性改性发、无机盐改性法。并讨论了以上改性沸石去除水中氨氮的机理，并分析了沸石不同改性方法对氨氮去除效果的研究，并对未来改性沸石的研究进行了展望。

改性沸石；去除；氨氮；机理

1　引言

天然沸石因其在地壳中丰富的储备、成本低廉，沸石内部独有的四面体结构，使沸石具有比表面积大、化学性质稳定的优点，沸石内部孔穴、孔道直径要大于NH4+直径。因此，沸石对于废水中的氨氮具有较高的吸附性能，在水处理中被广泛应用。

2　沸石的改性方法

2.1物理改性法

沸石的表面物理结构特性包括沸石的比表面积、孔体结构、孔径分布，这决定了沸石物理吸附能力。沸石的物理改性法是指经过高温焙烧等方法，改变沸石的内部结构，达到增加沸石的比表面积的目的。沸石的物理改性一般温度控制在100℃～600℃，通过焙烧，可以使沸石的机械强度大大加强。

2.2酸性改性法

沸石的酸性改性法是指通过酸性物质对沸石进行活化，通过酸性活化可以有效溶解堵塞在沸石孔道中的杂质，达到疏通沸石内部孔道的目的；另外，无机酸中半径小的H+可通过置换了沸石孔道中的Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子，拓宽了沸石孔道内部的有效空间，从而大大提高了沸石的吸附能力；同时，无机酸活化能改变沸石的结晶构造，增加其吸附活性。

2.3碱性改性法

沸石的碱性改性是指通过碱能够有效的脱除沸石骨架的硅分子，降低沸石的硅铝比，通过碱性改性引入的碱性阳离子，能够提高沸石的阳离子交换效果。

2.4无机盐改性法

无机盐改性沸石，无机盐中的阳离子可平衡沸石内部四面体上负电荷，导致沸石单元层间作用力较弱，离子交换容量增加。无机盐中阴离子可与溶液中的其他阴离子进行交换；无机盐中阳离子如Na+、Mg2+可以在沸石表面形成水合磷酸盐。

3　各种沸石的改性去除氨氮的效果

3.1物理改性法

佟小薇等对广西天然沸石进行研究，对不同粒径的天然沸石在马弗炉中，经过200℃、300℃、400℃、500℃、700℃条件下焙烧2h，通过实验研究发现，在经过200℃、300℃、400℃条件下焙烧改性后，改性沸石对于氨氮的吸附量仅有小幅度的提升，在400℃、500℃、700℃条件下焙烧后吸附量明显下降，这表明在高温条件下进行焙烧，导致沸石的结构破坏。研究结果表明，仅通过高温焙烧等物理改性方法对于天然沸石对氨氮的吸附量增加较小，而且，经过国内外学者的大量研究表明，天然沸石先经过无机酸、碱的活化后，再经高温焙烧，能够大大提高沸石的吸附性能和离子交换性能。

3.2酸性改性法

江喆等人研究发现180目的粉状天然沸石分别采用不同浓度的无机酸溶液进行改性，实验结果表明，无机酸对沸石改性，能有效提高沸石对于氨氮的吸附效果有一定程度的提高。当采用浓度为0.1mol/L无机酸对沸石进行改性后，利用改性沸石去除含10mg/L的氨氮模拟废水，其氨氮的去除率可达到76%，而随着无机酸的浓度的升高，去除率逐渐降低。

3.3碱性改性法

张志华等人研究发现，通过采用低浓度的无机碱液对天然沸石进行改性，可以在天然沸石的表面形成出孔径规整的介孔，并且低浓度的无机碱液不会改变沸石的内部结构。在利用无机碱进行改性的过程中，发现随着碱液浓度增加以及改性时间延长，会导致沸石对于氨氮吸附率降低。这可能是由于随着碱液浓度的升高，导致天然沸石的表面出现裂缝，甚至会破坏沸石颗粒结构。

3.4无机盐改性法

冯灵芝等通过试验研究NaCl、KCl、CaCl2对于天然沸石的改性效果，实验结果表明，经过NaCl改性的沸石对氨氮的吸收效果较为理想，经过浓度为6%的NaCl溶液进行改性，沸石对于氨氮去除率可达95.3%。

4　存在的问题及结论

天然沸石由于其具有的优势，国内外的学者已经开展对于沸石改性的研究，重点是研究了天然沸石对于去除废水中氨氮的机理、规律等，但这些研究大部分是处于实验室研究阶段，研究沸石对于低浓度氨氮溶液的去除效果，但对于应用于去除生活废水中的氨氮的研究较少。这主要是由于改性沸石受pH值、温度等因素的影响较大，而实际污水水质成分复杂、变化大，对于改性沸石的大规模推广使用有影响。在未来对于改性沸石的研究，应加强沸石的微观结构的研究，能够好的提高沸石的吸附能力。

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