采用我国辽宁天然斜发沸石进行实验,利用微波技术对斜发沸石进行改性,并对改性斜发沸石的物理化学特性及其吸附钾离子的静态吸附性能与动力学性能进行了深入系统的研究。其研究结果为斜发沸石在海水提钾、土壤改良及钾元素分离等方面进一步开发利用提供一定的理论依据。 论文首先采用微波技术对斜发沸石改性作了较系统的研究,通过对微波功率、改性时间、改性剂组成等条件进行优化,制备出对钾离子全交换容量可达76.4mg/g的改性斜发沸石。采用吸附性能、化学组成分析、红外光谱、X射线衍射等手段对改性斜发沸石进行了表征。在模拟海水中改性斜发沸石对钾离子的吸附量可达37.0mg/g,较改性前提高一倍以上。改性斜发沸石化学组分分析与红外光谱表明改性过程有二方面的作用,一方面是脱硅补铝,另一方面是在微波作用下钾、钠将天然斜发沸石中钙、镁交换出来。X射线衍射分析表明,斜发沸石经脱硅补铝改性后,仍然保留斜发沸石晶格构造。 在静态吸附实验部分中测定了改性斜发沸石对钾离子的吸附等温线,并对吸附等温线进行了拟合优化。测定了Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺竞争阳离子的存在对改性斜发沸石吸附钾离子性能的影响。研究结果表明,Langmuir方程的线性拟合形式不能恰当地描述钾离子在改性斜发沸石上的吸附规律,采用Redlich-Peterson吸附等温方程式的曲线拟合形式能对实验数据进行较好的描述,但Redlich-Peterson吸附等温方程式只能作为数据处理的一种方法,而不能完全解释复杂体系中吸附反应的机理。改性斜发沸石对钾离子具有特殊选择交换性,但溶液中Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等竞争阳离子的存在对改性斜发沸石吸附能力有抑制作用,抑制作用的强弱顺序为Na⁺>Ca²⁺>Mg²⁺。 动力学部分研究了改性斜发沸石对钾离子的交换控制机理,采用动边界模型对动力学交换机理进行了分析,并同时采用中断接触法验证了其正确性。研究结果表明:氯化钾溶液为50mg/L时,改性斜发沸石对钾离子的动力学交换过程主要由液膜扩散控制。浓度为1200mg/L时,交换过程主要为颗粒扩散控制。当K⁺浓度为400mg/L时,交换速率由液膜扩散和粒内扩散联合控制。不同搅拌速度的实验结果也证明了上述动力学交换机理。粒径大小和温度对吸附钾离子动力学也有一定的影响。中断实验结果与动边界模型分析的离子交换机理是一致的,两种方法可以互相补充,互相验证。