微波是一種頻率在300MHZ～300GHZ之間的高頻電磁波，目前微波爐所用頻率一般為2450MHZ．當(dāng)受到微波輻射時，介質(zhì)會與微波發(fā)生相互作用，介質(zhì)中的極性分子或離子會隨著微波能量場的變化進(jìn)行高速的碰撞、摩擦，產(chǎn)生熱量，且這種作用在介質(zhì)材料內(nèi)部、外部是同時的，所以加熱是高效、瞬時的．對于NH4+等極性離子，微波輻射對吸附質(zhì)的脫附一方面是微波直接作用于吸附質(zhì)使其脫附，另外是微波加熱吸附劑材料產(chǎn)生的高溫所致。
3．1不同沸石樣品紅外光譜分析
采用NiCOLETNEｘｕS670型紅外光譜儀對原沸石、改性沸石、飽和沸石、再生后沸石樣品進(jìn)行紅外測試，掃描范圍為400～4000CM－1。
不同沸石樣品的光譜圖基本相同，說明原沸石經(jīng)一系列的改性、吸附、再生后并不會改變沸石的基本骨架結(jié)構(gòu)．圖中461～790CM－1的幾個吸收峰分別為Si－O，O－Si（aL）－O，Si－O－Si（aL）的變形振動引起的；1052～1067CM－1為Si（aL）－O的非對稱伸縮振動，對評估晶體結(jié)構(gòu)中鋁含量有重要意義；1636～1647CM－1，3428～3449CM－1的吸收峰均是由沸石骨架結(jié)構(gòu)中晶格水引起的，分別為O－H的彎曲振動和O－H的非對稱伸縮振動。
對比圖9中不同沸石樣品圖譜發(fā)現(xiàn)，沸石經(jīng)鹽熱改性并不會引入新的官能團(tuán)和化學(xué)鍵，但經(jīng)熱改性后3428～3449CM－1處吸收峰強(qiáng)度明顯減弱，是因沸石經(jīng)高溫焙燒失去晶格水引起的；而沸石吸附NH4+后會在1401CM－1與1470CM－1附近增加2個吸收峰，這與文獻(xiàn)1435CM－1處NH4+吸收峰相近（也有文獻(xiàn)指出1400CM－1與1460CM－1附近雙峰為NH4+形變振動），均能說明沸石吸附了NH4+且與沸石骨架形成了化學(xué)鍵，沸石對NH4+的吸附主要為化學(xué)吸附作用。再生后沸石譜帶中的NH4+吸收峰完全消失，說明經(jīng)再生后NH4+從沸石骨架中脫離下來，沸石的吸附性能也得以恢復(fù)。
3．2不同沸石樣品SEM－EDS分析
采用ＪSM－6510a型ＪEOL鎢燈絲掃描式電子顯微鏡對不同沸石樣品進(jìn)行SEM－EDS面掃描分析。
原沸石上有較多的雜質(zhì)顆粒，遮蔽沸石部分有效表面，影響了沸石的吸附性能。而沸石經(jīng)改性后顆粒雜質(zhì)得到去除，使沸石的吸附位點完全暴露在表面，沸石中陽離子與NH4+交換反應(yīng)更加完全。沸石經(jīng)吸附氨氮及再生后表面形貌變化不大．說明與孔道和比表面積關(guān)系較大的靜電吸附作用并不是影響沸石對NH4+吸附、解吸的主要因子，沸石對NH4+吸附、解吸以離子交換作用為主。斜發(fā)沸石的離子交換選擇性順序：
CS+＞Rb+＞K+＞NH4+＞Ba2+＞SR2+＞Na+＞Ca2+＞FE3+＞aL3+＞MG2+＞Li+。
在同等條件下，選擇性越靠前，越易被交換，EDS分析結(jié)果表明，在一系列改性、吸附、解吸再生過程中確定發(fā)生了離子交換作用．改性時，K+與Ca2+減少，Na+增加；吸附時，Na+減少，K+進(jìn)一步減少，NH4+增加（紅外）；再生時，NH4+減少，Na+明顯增加；MG2+含量不多，且在整個過程中變化不大。原因是斜發(fā)沸石NH4+的選擇性要高于Na+，在高濃度NH4+存在下能進(jìn)一步交換出Na+所沒有交換的K+；而MG2+等陽離子是不可交換的，是雜質(zhì)或沸石骨架的組成部分，結(jié)合力強(qiáng)．總體來看，沸石改性與再生過程相似，均是通過增加沸石中活性陽離子交換位點數(shù)來提高沸石對NH4+的吸附能力。
3．3微波輔助溶劑法再生沸石的機(jī)理
功率不同，微波再生時再生液與沸石反應(yīng)狀態(tài)會有差異。
結(jié)合FTiR和EDS分析結(jié)果及表3數(shù)據(jù)，沸石改性、吸附、再生過程中離子交換反應(yīng)機(jī)制如下：
改性：Z－K++Na+Z－Na++K+Z2－Ca2++2Na+Z2－（Na+）2+Ca2+
吸附：Z－Na++NH4+Z－NH4++Na+Z－K++NH4+Z－NH4++K+
再生：Z－NH4++Na+Z－Na++NH4+NH4++OH－→NH3↑+H2O
其中Z－為帶負(fù)電的沸石骨架．離子交換量與存在于沸石骨架中活性陽離子交換位點數(shù)是一致的．已有研究表明，在微波作用下離子交換速率會大幅提高，促使交換過程在更深部位發(fā)生，提高總的交換度，進(jìn)而增加可以有效吸附NH4+的吸附位點的數(shù)量．同樣在本文研究中，一方面微波輻射會使反應(yīng)分子活化，促進(jìn)沸石陰離子骨架與NH4+間鍵的快速斷裂，加速離子交換過程；另一方面微波輻射改變了反應(yīng)體系的固液比、再生液濃度，盡管固液比變大，但再生液中NH4+濃度并沒有隨著解吸而升高，而是與OH－結(jié)合生成氨氣，Na+與NH4+的交換持續(xù)發(fā)生，使更多的NH4+解吸出來，因而加大了飽和沸石中NH4+與再生液中Na+的離子交換度，有效恢復(fù)沸石骨架中NH4+吸附位點數(shù)量．因此微波輔助溶劑法再生具有再生迅速、完全，多次再生效果基本不衰減的優(yōu)點。對于再生過程中剩余的再生液可以考慮重復(fù)利用，產(chǎn)生的氨氣和水蒸氣可以通過冷凝回收氨水。
1）單獨微波法再生吸附氨氮飽和沸石取得最佳工藝條件為：功率462W，微波輻射時間12MiN，再生效果較差，沸石的氨氮去除率恢復(fù)至32．31%，再生率僅為44．88%。
2）獲得了微波輔助溶劑法再生最佳工藝參數(shù)，在NaCL和NaOH混合液濃度均為0．01MOL/L，固液比1∶50，功率700W，微波時間4MiN的條件下，再生后沸石氨氮去除率為71．92%，得到了完全再生，經(jīng)5次再生后沸石吸附量和吸附速率均沒有下降，其再生劑濃度、再生時間、多次再生率均低于常規(guī)溶劑再生法。表明微波輔助溶劑法再生沸石是一種快速、高效的再生方法。
3）EDS和FTiR等分析結(jié)果表明，沸石在改性、吸附、再生過程中主要發(fā)生的是不同陽離子間交換過程．微波輔助溶劑法的再生機(jī)理是，微波輻射大幅度提高了NH4+與Na+的交換速率并加深了離子交換平衡程度，使再生的離子交換過程快速發(fā)生直至沸石骨架中NH4+完全解吸下來。
