沸石改性及其對去除水中氨氮研究

陳卓君

（廣東中強環保設備工程有限公司中山分公司廣東中山528403）

沸石改性及其對去除水中氨氮研究

陳卓君

（廣東中強環保設備工程有限公司中山分公司廣東中山528403）

天然沸石在自然界中的儲備豐富，在水處理中具有廣泛的應用前景。本文介紹了幾種沸石的主要改性方法，包括：物理改性法、酸性改性法、堿性改性發、無機鹽改性法。并討論了以上改性沸石去除水中氨氮的機理，并分析了沸石不同改性方法對氨氮去除效果的研究，并對未來改性沸石的研究進行了展望。

改性沸石；去除；氨氮；機理

1　引言

天然沸石因其在地殼中豐富的儲備、成本低廉，沸石內部獨有的四面體結構，使沸石具有比表面積大、化學性質穩定的優點，沸石內部孔穴、孔道直徑要大于NH4+直徑。因此，沸石對于廢水中的氨氮具有較高的吸附性能，在水處理中被廣泛應用。

2　沸石的改性方法

2.1物理改性法

沸石的表面物理結構特性包括沸石的比表面積、孔體結構、孔徑分布，這決定了沸石物理吸附能力。沸石的物理改性法是指經過高溫焙燒等方法，改變沸石的內部結構，達到增加沸石的比表面積的目的。沸石的物理改性一般溫度控制在100℃～600℃，通過焙燒，可以使沸石的機械強度大大加強。

2.2酸性改性法

沸石的酸性改性法是指通過酸性物質對沸石進行活化，通過酸性活化可以有效溶解堵塞在沸石孔道中的雜質，達到疏通沸石內部孔道的目的；另外，無機酸中半徑小的H+可通過置換了沸石孔道中的Na+、Ca2+、Mg2+等陽離子，拓寬了沸石孔道內部的有效空間，從而大大提高了沸石的吸附能力；同時，無機酸活化能改變沸石的結晶構造，增加其吸附活性。

2.3堿性改性法

沸石的堿性改性是指通過堿能夠有效的脫除沸石骨架的硅分子，降低沸石的硅鋁比，通過堿性改性引入的堿性陽離子，能夠提高沸石的陽離子交換效果。

2.4無機鹽改性法

無機鹽改性沸石，無機鹽中的陽離子可平衡沸石內部四面體上負電荷，導致沸石單元層間作用力較弱，離子交換容量增加。無機鹽中陰離子可與溶液中的其他陰離子進行交換；無機鹽中陽離子如Na+、Mg2+可以在沸石表面形成水合磷酸鹽。

3　各種沸石的改性去除氨氮的效果

3.1物理改性法

佟小薇等對廣西天然沸石進行研究，對不同粒徑的天然沸石在馬弗爐中，經過200℃、300℃、400℃、500℃、700℃條件下焙燒2h，通過實驗研究發現，在經過200℃、300℃、400℃條件下焙燒改性后，改性沸石對于氨氮的吸附量僅有小幅度的提升，在400℃、500℃、700℃條件下焙燒后吸附量明顯下降，這表明在高溫條件下進行焙燒，導致沸石的結構破壞。研究結果表明，僅通過高溫焙燒等物理改性方法對于天然沸石對氨氮的吸附量增加較小，而且，經過國內外學者的大量研究表明，天然沸石先經過無機酸、堿的活化后，再經高溫焙燒，能夠大大提高沸石的吸附性能和離子交換性能。

3.2酸性改性法

江喆等人研究發現180目的粉狀天然沸石分別采用不同濃度的無機酸溶液進行改性，實驗結果表明，無機酸對沸石改性，能有效提高沸石對于氨氮的吸附效果有一定程度的提高。當采用濃度為0.1mol/L無機酸對沸石進行改性后，利用改性沸石去除含10mg/L的氨氮模擬廢水，其氨氮的去除率可達到76%，而隨著無機酸的濃度的升高，去除率逐漸降低。

3.3堿性改性法

張志華等人研究發現，通過采用低濃度的無機堿液對天然沸石進行改性，可以在天然沸石的表面形成出孔徑規整的介孔，并且低濃度的無機堿液不會改變沸石的內部結構。在利用無機堿進行改性的過程中，發現隨著堿液濃度增加以及改性時間延長，會導致沸石對于氨氮吸附率降低。這可能是由于隨著堿液濃度的升高，導致天然沸石的表面出現裂縫，甚至會破壞沸石顆粒結構。

3.4無機鹽改性法

馮靈芝等通過試驗研究NaCl、KCl、CaCl2對于天然沸石的改性效果，實驗結果表明，經過NaCl改性的沸石對氨氮的吸收效果較為理想，經過濃度為6%的NaCl溶液進行改性，沸石對于氨氮去除率可達95.3%。

4　存在的問題及結論

天然沸石由于其具有的優勢，國內外的學者已經開展對于沸石改性的研究，重點是研究了天然沸石對于去除廢水中氨氮的機理、規律等，但這些研究大部分是處于實驗室研究階段，研究沸石對于低濃度氨氮溶液的去除效果，但對于應用于去除生活廢水中的氨氮的研究較少。這主要是由于改性沸石受pH值、溫度等因素的影響較大，而實際污水水質成分復雜、變化大，對于改性沸石的大規模推廣使用有影響。在未來對于改性沸石的研究，應加強沸石的微觀結構的研究，能夠好的提高沸石的吸附能力。

[1]朱友利,施永生,張艷奇.沸石工藝在工業廢水處理中的應用[J].凈水技術,2010,29(6):13-16.

[2]任剛,余燕,彭素芬,等.沸石和改性沸石對孔雀綠(MG)和磺化若丹明(LR)的吸附特性[J].環境化學,2015(2).

[3]侯芬紅.沸石分子篩的表面改性及其烷基化反應性能研究[D].哈爾濱工程大學,2006.

[4]王一菲.無機微孔材料的合成、改性及其陽離子交換性能的研究[D].浙江大學理學院浙江大學,2007.

[5]戴雙林,王榮昌,趙建夫.改性沸石去除廢水中氮和磷的機理與應用[J].凈水技術,2011(6):53-57.

[6]佟小薇,朱義年.沸石改性及其去除水中氨氮的實驗研究[J].環境工程學報,2009(4):635-638.