沸石是一類具有骨架結構的多孔水合鋁硅酸鹽礦物,硅氧四面體是其基本單元,由于其Si4的一部分被Al3代替,為了中和負的一價氧離子,將有相應的金屬陽離子。當添加到其中時,這些弱連接到晶格的堿金屬(堿土金屬)和水分子很容易與周圍水溶液中的陽離子交換,因此沸石具有良好的離子交換選擇性。另外,由于沸石具有連接方法不同的硅(鋁)氧四面體結構,因此在沸石中形成大量規(guī)則的孔穴。由于其表面積大,大量分子進入其中,因此具有良好的吸附性能,目前天然沸石已被廣泛用于污水處理。本文以天然斜發(fā)沸石為例,介紹其對氨氮的吸附性能。

天然沸石對氨氮的吸附是一個快速吸附和緩慢平衡的過程,在將沸石投入水中啟動前的3h,沸石對廢水中氨氮的吸附率隨時間的增加而迅速增加,斜發(fā)沸石的去除率達到92.71%,進一步延長了反應時間,時間吸附速率緩慢增加。這是因為當斜發(fā)沸石吸附溶液中的NH4飽和時,溶液中會發(fā)生離子交換和吸附平衡。此時,延長時間不會大大增加氨的去除率,直到7小時后氨氮被去除為止。此時,可以認為沸石的吸附是飽和的,其氨氮的去除率為93.61%,因此選擇吸附時間為3h。

當斜發(fā)沸石的劑量從2g/100mL增加到7g/100mL時,氨氮的去除率從60.30%增加到92.71%,單位質量的斜發(fā)沸石的氨氮去除率從6.03mg/g降低到2.65毫克/克可以看出,當溶液中氨氮含量恒定時,開始增加斜發(fā)沸石的量可以大大提高去除率,但是當溶液中氨氮的去除率增加到一定量時,則可以增加去除量。斜發(fā)沸石在這個時候。氨氮的去除率影響很小。當斜發(fā)沸石的用量為7g/100mL時,氨氮的殘留濃度為14.58mg/g,低于國家一級排放標準(GB18918-2002),因此是可以滿足排放標準。

并且,研究人員熱力學計算表明斜發(fā)沸石對氨氮的吸附是一個自發(fā)的吸熱過程,范圍為298至318K。ΔG在20至0kJ/mol之間,表明斜發(fā)沸石對氨氮的吸附主要由物理吸附決定。