复合改性沸石对氨氮废水的处理研究
常闻捷+曲珍杰+刘树洋+姜伟立
摘要：本研究对沸石进行氯化钠浸渍处理，再通过超声波技术进行复合改性，进一步考察沸石吸附性能随吸附时间、温度等因素的影响，比较了人工沸石与复合改性沸石对氨氮吸附性能的优劣。结果表明，在沸石投加量为50g/L、吸附时间60min、25℃条件下，联合功率为200W的超声波强化后，氨氮吸附性能可提升至92%以上。
关键词：沸石改性；超声波；氨氮废水；吸附
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0147-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.070
Abstract： In this study， the zeolite was modified by NaCl impregnation， then modified by ultrasonic technology. Then， the effects of adsorption time and temperature on adsorption ability of modified zeolite were studied. Also， Comparison of the adsorption properties was done between artificial zeolite and modified zeolite. The results show that the adsorption performance can increase to 92% under the condition of 50g/L zeolite dosage， 60minutes adsorption time and 200W joint power of ultrasonic intensification.
Key words： Zeolite modification； Ultrasonic； Ammonia nitrogen wastewater； Adsorption
氨氮废水中氮主要以游离氮（NH3）和氨离子（NH4+）的形式存在[1]，经微生物作用后极易转化为硝氮和亚硝氮，具有一定毒性。工业氨氮废水通常多采用吸附法去除[2]，吸附作用是不相溶的两相，某一组份或者某几种组份在界面相中的浓度大于体相的一种积聚现象[3]。沸石作为吸附材料对阴阳离子均具有将强的选择吸附性能[4，5]，由于强度高、成本低、耐磨性强等特点，大量的研究者对沸石的吸附效果进行了广泛研究[6-8]。
1 材料与方法
本试验采用氯化钠浸渍、超声联合改性的方式对沸石进行处理，考察沸石吸附性能随吸附时间、温度等因素的影响。设备主要由机械搅拌装置、超声波发生器、温控恒温水浴加热锅等部件组成，另制备1000 mg/L的氨氮标准液，储备待用。
2 结果与讨论
2.1 吸附时间与温度的影响
取多份标准液分别加入2～6g沸石，在15～40℃条件下分别反应20～100min，分别采用200r/min恒温搅拌与200W超声下进行改性吸附。在达到反应时间后快速取上清液过滤，观察氨氮的去除率。结果显示，反应温度宜选取25℃，吸附时间宜为60～90 min之间。
2.2 沸石改性的影响
采用氯化钠溶液对沸石进行复合改性處理，将处理后的沸石各取5g放入100mL标准液中，在25℃恒温搅拌和200W超声的联合作用下反应至吸附平衡。随着改性氯化钠浓度的升高，氨氮去除效率由74%提升至92%。主要原因是由于改性沸石中Ca2+、Mg2+等离子被Na+离子替代，NH4+离子交换作用增强，氨氮去除率提高。
2.3 SEM与BET表征分析
通过扫描电镜（SEM）和比表面积分析仪（BET）对改性后沸石的结构进行表征。经氯化钠改性后，沸石的表面粗糙度增加，比表面积由17.1m2/g提升至19.2m2/g，平均吸附孔径由0.897nm提升至0.901nm。通过联合超声处理后，沸石表面结构更加规整，比表面积提高到23.7m2/g，平均吸附孔径提升至1.037nm。
3 结论
通过对沸石吸附性能随吸附时间、温度等因素的研究发现，在60～90min吸附时间、25℃条件下，沸石能够达到最大吸附量。在引入超声波改性的条件下，去除效率提高5%～10%。使用氯化钠联合超声协同复合改性后，沸石结构明显改善，比表面积和平均吸附孔径均显著增加，吸附性能明显提升，氨氮吸附效率可提升至92%以上。
参考文献
[1] 刘莉峰， 宿辉， 李凤娟等. 氨氮废水处理技术研究进展[J].工业水处理，2014，（11）：13-17.
[2] 潘新生，贾志宇，杨海真.废水中氨氮的处理技术[J].净水技术，2006，（04）：44-46.
[3] 赵振国. 吸附作用应用原理[M].北京：化学工业出版社，2005.
[4] Malekian R， Abedi-Koupai J， Eslamian S S， et al. Ion-exchange process for ammonium removal and release using natural Iranian zeolite[J]. Applied Clay Science， 2011， 51（3）：323-329.
[5] Widiastuti N， Wu H， Ang H M， et al. Removal of ammonium from greywater using natural zeolite[J]. Desalination， 2011， 277（1–3）：15-23.
[6] Liu H， Peng S， Shu L， et al. Effect of Fe3O4 addition on removal of ammonium by zeolite NaA[J]. Journal of Colloid & Interface Science， 2013， 390（1）：204.
[7] 刘崇敏，黄益宗，于方明，伍文，钟敏，孙晓铧，徐峰.改性沸石及添加CaCl2和MgCl2对重金属离子Pb2+吸附特性的影响[J]. 环境化学，2013，（05）：803-809.
[8] Lin L， Lei Z， Wang L， et al. Adsorption mechanisms of high-levels of ammonium onto natural and NaCl-modified zeolites[J]. Separation & Purification Technology， 2013， 103 （15）： 15-20.
作者简介：常闻捷（1984-），男，硕士，工程师，研究方向为流域水环境管理、水污染控制、环境化学。
摘要：本研究对沸石进行氯化钠浸渍处理，再通过超声波技术进行复合改性，进一步考察沸石吸附性能随吸附时间、温度等因素的影响，比较了人工沸石与复合改性沸石对氨氮吸附性能的优劣。结果表明，在沸石投加量为50g/L、吸附时间60min、25℃条件下，联合功率为200W的超声波强化后，氨氮吸附性能可提升至92%以上。
关键词：沸石改性；超声波；氨氮废水；吸附
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0147-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.070
Abstract： In this study， the zeolite was modified by NaCl impregnation， then modified by ultrasonic technology. Then， the effects of adsorption time and temperature on adsorption ability of modified zeolite were studied. Also， Comparison of the adsorption properties was done between artificial zeolite and modified zeolite. The results show that the adsorption performance can increase to 92% under the condition of 50g/L zeolite dosage， 60minutes adsorption time and 200W joint power of ultrasonic intensification.
Key words： Zeolite modification； Ultrasonic； Ammonia nitrogen wastewater； Adsorption
氨氮废水中氮主要以游离氮（NH3）和氨离子（NH4+）的形式存在[1]，经微生物作用后极易转化为硝氮和亚硝氮，具有一定毒性。工业氨氮废水通常多采用吸附法去除[2]，吸附作用是不相溶的两相，某一组份或者某几种组份在界面相中的浓度大于体相的一种积聚现象[3]。沸石作为吸附材料对阴阳离子均具有将强的选择吸附性能[4，5]，由于强度高、成本低、耐磨性强等特点，大量的研究者对沸石的吸附效果进行了广泛研究[6-8]。
1 材料与方法
本试验采用氯化钠浸渍、超声联合改性的方式对沸石进行处理，考察沸石吸附性能随吸附时间、温度等因素的影响。设备主要由机械搅拌装置、超声波发生器、温控恒温水浴加热锅等部件组成，另制备1000 mg/L的氨氮标准液，储备待用。
2 结果与讨论
2.1 吸附时间与温度的影响
取多份标准液分别加入2～6g沸石，在15～40℃条件下分别反应20～100min，分别采用200r/min恒温搅拌与200W超声下进行改性吸附。在达到反应时间后快速取上清液过滤，观察氨氮的去除率。结果显示，反应温度宜选取25℃，吸附时间宜为60～90 min之间。
2.2 沸石改性的影响
采用氯化钠溶液对沸石进行复合改性處理，将处理后的沸石各取5g放入100mL标准液中，在25℃恒温搅拌和200W超声的联合作用下反应至吸附平衡。随着改性氯化钠浓度的升高，氨氮去除效率由74%提升至92%。主要原因是由于改性沸石中Ca2+、Mg2+等离子被Na+离子替代，NH4+离子交换作用增强，氨氮去除率提高。
2.3 SEM与BET表征分析
通过扫描电镜（SEM）和比表面积分析仪（BET）对改性后沸石的结构进行表征。经氯化钠改性后，沸石的表面粗糙度增加，比表面积由17.1m2/g提升至19.2m2/g，平均吸附孔径由0.897nm提升至0.901nm。通过联合超声处理后，沸石表面结构更加规整，比表面积提高到23.7m2/g，平均吸附孔径提升至1.037nm。
3 结论
通过对沸石吸附性能随吸附时间、温度等因素的研究发现，在60～90min吸附时间、25℃条件下，沸石能够达到最大吸附量。在引入超声波改性的条件下，去除效率提高5%～10%。使用氯化钠联合超声协同复合改性后，沸石结构明显改善，比表面积和平均吸附孔径均显著增加，吸附性能明显提升，氨氮吸附效率可提升至92%以上。
参考文献
[1] 刘莉峰， 宿辉， 李凤娟等. 氨氮废水处理技术研究进展[J].工业水处理，2014，（11）：13-17.
[2] 潘新生，贾志宇，杨海真.废水中氨氮的处理技术[J].净水技术，2006，（04）：44-46.
[3] 赵振国. 吸附作用应用原理[M].北京：化学工业出版社，2005.
[4] Malekian R， Abedi-Koupai J， Eslamian S S， et al. Ion-exchange process for ammonium removal and release using natural Iranian zeolite[J]. Applied Clay Science， 2011， 51（3）：323-329.
[5] Widiastuti N， Wu H， Ang H M， et al. Removal of ammonium from greywater using natural zeolite[J]. Desalination， 2011， 277（1–3）：15-23.
[6] Liu H， Peng S， Shu L， et al. Effect of Fe3O4 addition on removal of ammonium by zeolite NaA[J]. Journal of Colloid & Interface Science， 2013， 390（1）：204.
[7] 刘崇敏，黄益宗，于方明，伍文，钟敏，孙晓铧，徐峰.改性沸石及添加CaCl2和MgCl2对重金属离子Pb2+吸附特性的影响[J]. 环境化学，2013，（05）：803-809.
[8] Lin L， Lei Z， Wang L， et al. Adsorption mechanisms of high-levels of ammonium onto natural and NaCl-modified zeolites[J]. Separation & Purification Technology， 2013， 103 （15）： 15-20.
作者简介：常闻捷（1984-），男，硕士，工程师，研究方向为流域水环境管理、水污染控制、环境化学。
