基于吸附法的氨氣試驗(yàn)處理研究

董麗英

摘 要： 針對室內(nèi)檢測中氨氣給人體帶來的危害，提出一種基于沸石分子篩改性的室內(nèi)氨氣吸附處理方法。為驗(yàn)證沸石分子篩改性的可行性，利用氨氣與金屬氯化物容易形成絡(luò)化物的原理，對13X沸石分子篩進(jìn)行改性，得到經(jīng)氯化銅和氯化鎳改性后的吸附效果更佳；以改性后的13X沸石分子篩作為原材料，分析不同吸附顆粒大小、浸漬液濃度、吸附壓力等對吸附效果的影響；最后根據(jù)上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，找到最佳的試驗(yàn)處理方法，以此提升對空氣中氨氣吸附的效果。

關(guān) 鍵 詞：吸附法；沸石分子篩；氨氣；改性；環(huán)境檢測

中圖分類號：TQ 028 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1671-0460（2017）07-1367-04

Research on Ammonia Treatment Based on Adsorption Method

DONG Li-ying

（Affiliated Middle School of Xianyang Normal University， Shaanxi Xianyang 712000，China）

Abstract： In view of the harm of ammonia in indoor test， a method of indoor ammonia adsorption by modified zeolite molecular sieve was put forward. In order to verify the feasibility of using modified zeolite molecular sieve to adsorb ammonia， based on the principle that ammonia can react with metal chloride to form a complex， 13X zeolite molecular sieve was modified by cupric chloride and nickel chloride to obtain better adsorption effect. And then taking modified 13X zeolite molecular sieve as research object， effect of modified 13X zeolite molecular sieve particle size， impregnation concentration， adsorption pressure on the adsorption effect was analyzed. Finally， according to the experimental results， the optimal treatment way was determined in order to improve the adsorption effect of ammonia.

Key words： Adsorption； Zeolite molecular sieve； Ammonia； Modification； Environmental detection

隨著室內(nèi)日益增長的環(huán)境污染，活性炭吸附開始逐步進(jìn)入到人們的視野。但是，傳統(tǒng)的活性炭吸附大部分都是通過物理吸附的方式去除室內(nèi)的氨氣，當(dāng)活性炭物理活性達(dá)到一定的飽和度后，則喪失了吸附能力。同時(shí)，對于室內(nèi)環(huán)境來講，其含有的氨氣的濃度通常都比較低，傳統(tǒng)的吸附方法對氨氣的吸附效果較差，不利于對室內(nèi)環(huán)境的凈化。因此，亟需一種能夠?qū)κ覂?nèi)低濃度氨氣進(jìn)行吸附處理的方法。對此，人們開始對傳統(tǒng)的活性炭技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，如對活性炭進(jìn)行酸性改性，從而中和空氣中的堿性氣體氨氣。但是，活性炭改性雖然可吸附室內(nèi)氨氣，但是在吸附效果方面還是受到活性炭本身體積的影響。對此，人們提出了一種分子篩的方式。借助分子篩在過濾方面的作用，從而提高吸附量。由此，天然沸石進(jìn)入到了研究人員的視野。沸石作為一種礦石，由于其量大，所以其成本也相對較低。沸石的主要成分鋁硅酸鹽，而沸石分子篩是一種結(jié)晶的硅鋁酸鹽水合物，其通用的公式為：Mx/m[（AlO2）x·（SiO2）y]·zH2O。而沸石分子篩與堿性的氨氣結(jié)合，在分子篩網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的表面形成一種絡(luò)合物，從而大量的吸附了空氣中的氨氣。對此，結(jié)合沸石分子篩在吸附氨氣的原理，就影響氨氣吸附量的大小進(jìn)行試驗(yàn)，以此通過最佳配方，更好的吸附空氣中的氨氣[1-6]。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原材料選取

根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模饕x取表1所示的原材料作為實(shí)驗(yàn)材料。

1.2 試驗(yàn)主要流程設(shè)計(jì)

結(jié)合反應(yīng)原理，將其試驗(yàn)流程設(shè)計(jì)為如圖1所示。

通過圖1看出，其具體的流程是將濃度大小為100、150和250 ppm的混合氣體沖入到試驗(yàn)裝置中，流速則通過調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。將一定量的吸附劑與石英砂混合，全部放入到吸附柱當(dāng)中。其中吸附柱放在中間位置，而石英砂放置在兩側(cè)。出口處的氨氣濃度檢測則通過專用的氨氣檢測儀來進(jìn)行檢測，檢測時(shí)間為每個(gè)5 min檢測一次。由于試驗(yàn)對氨濃度的要求高，所以認(rèn)定當(dāng)出口中氨氣的濃度為2 ppm的時(shí)候，則可以認(rèn)定為穿透，而當(dāng)濃度達(dá)到50 ppm時(shí)，此時(shí)需要停止對其進(jìn)行通氣。同時(shí)，計(jì)算達(dá)到飽和吸附的量，具體計(jì)算公式如下：

（1）

其中，C0表示標(biāo)準(zhǔn)氨氣入口濃度；Ct表示在時(shí)刻t的出口氨氣濃度；Q表示氣體流量。

2 改性沸石的制備

結(jié)合沸石改性的原理，本實(shí)驗(yàn)對沸石分子篩進(jìn)行了酸性改性和金屬氯化物改性。

2.1 PCB重金屬廢水處理方案設(shè)計(jì)

選取13X的沸石分子篩作為主要的原材料，選取一系列2 g沸石分別放入容量大小為20 mL，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的硝酸、檸檬酸、磷酸、硼酸、硫酸的稍微中，并在常溫下采用攪拌器對其進(jìn)行攪拌和浸泡12 h。再次之后，對其進(jìn)行反復(fù)離心、沖洗，最后將沸石放入到110 oC的烘箱中進(jìn)行烘干，從而得到不同酸性物質(zhì)下的改性沸石。

2.2 氯化物改性沸石制備

同樣將一些列2 g的沸石放入到20 mL，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的氯化銅、氯化鎳等的溶液燒杯中，同樣采用上述方法進(jìn)行離心、清洗，然后烘干，得到金屬氯化物改性后的沸石。

2.3 改性沸石吸附能力試驗(yàn)

取上述的樣品進(jìn)行吸附試驗(yàn)，吸附劑每次用量為0.05 g，按照圖1所示的流程，將吸附劑防止在吸附柱中間，上下用石英砂填充。氨氣濃度設(shè)置為150 ppm，氣體流量為100 mL/min。由此，根據(jù)上述的設(shè)計(jì)，可以得到表2所示的結(jié)果。

而對金屬改性后的沸石進(jìn)行的吸附試驗(yàn)，則可以得到表3的結(jié)果。

由此通過上述的分析可以看出，酸改性后得到的沸石在吸附能力方面普遍不高，并且比未改性沸石的吸附能力還要差，從而說明通過與酸反應(yīng)，導(dǎo)致其內(nèi)不結(jié)構(gòu)受到損害，從而降低了其吸附能力；而對于金屬氯化物改性的沸石，在吸附能力方面未出現(xiàn)大的提升，但是氯化銅和氯化鈷的吸附能力最大，并且超過未改性的沸石，從而說明經(jīng)氯化銅或氯化鈷改性的13X，可能形成了一定的絡(luò)化物，從而吸附了大量的氨氣。

3 吸附量影響因素分析

3.1 顆粒大小對吸附量的影響

選取經(jīng)氯化銅和氯化鈷進(jìn)行改性后的13X，顆粒大小分別為20～40目和40～60目；用量為0.05 g，混合氣體中氨氣濃度設(shè)定為250 ppm，氣體流量為100 mL/min。重復(fù)2.3的吸附試驗(yàn)，從而可以得到表4的結(jié)果。

通過上述的結(jié)果看出，顆粒越小，吸附劑對安全的吸附能力也就越大，其主要的原因在于顆粒越小，其表面積也就越大，從而為氨氣的吸附提供了更多的空間。

3.2 不同浸漬液濃度對吸附量的影響

根據(jù)上述的吸附結(jié)果，將氯化鈷改性的沸石吸附劑顆粒大小設(shè)定為40～60目，同時(shí)將浸漬液濃度設(shè)定為2%、3%、3%、6%等幾個(gè)不同等級的濃度，其他的試驗(yàn)條件不變。由此可以得到如圖2所示的結(jié)果。

通過分析看出，當(dāng)壓強(qiáng)在0.25 MPa時(shí)，其吸附能力最強(qiáng)。

3.3 不同吸附壓強(qiáng)對吸附量的影響

設(shè)定浸漬液濃度為4%，吸附顆粒大小為40-60目，氨氣濃度250 ppm，流量同樣為100 mL/min。吸附壓強(qiáng)分別設(shè)置為0.15、0.20、0.25 MPa。由此根據(jù)上述的數(shù)據(jù)，可以得到如圖3所示的結(jié)果。

3.4 金屬氯化物改性的沸石表征

為進(jìn)一步驗(yàn)證改性后的金屬氯化物的表征，利用X射線粉末衍射儀對制備的金屬氯化物改性沸石進(jìn)行掃描，查看其表征結(jié)構(gòu)，從而得到如圖4的結(jié)果。

通過上述圖可以看出，在改性后的表面，其有波峰有多降低，壽命其結(jié)構(gòu)有一定的變化。

同時(shí)，觀察改性和未改性的13X的SEM顯微圖，可以得到圖5和圖6的對比結(jié)果。

根據(jù)上述的分析可以看出，由于未改性和改性的13X有少許變化，說明在改性后的分子篩上有少許的鈷金屬元素。

而之所以會(huì)產(chǎn)生上述的結(jié)果，其根本的原因在于氯化鈷經(jīng)改性后，生成了氯化鈷絡(luò)化物，具體反應(yīng)方程式為：

4 結(jié) 論

通過上述的試驗(yàn)，可以得到以下的幾點(diǎn)結(jié)論：

1）采用酸性物質(zhì)對沸石進(jìn)行改性，對吸附能力的改善沒有任何幫助，還降低了其吸附，主要的原因是酸與沸石反應(yīng)，破壞了原始的沸石結(jié)果，從而使得其吸附能力降低。

2）采用金屬氯化物進(jìn)行改性后，對其吸附能力較未改性的吸附能力有所提升；

3）當(dāng)浸漬液濃度為4%，進(jìn)氣速率為100，顆粒大小為40～60目，吸附壓強(qiáng)為0.35 MPa的時(shí)候，其吸附能力最佳。

4）導(dǎo)致金屬氯化物吸附能力提升的原因，是生成了絡(luò)化物的緣故。

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