合成沸石对阳离子型污染物的去除特性及机理研究

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本实验室前期对粉煤灰合成沸石(zeolite synthesized from fly ash, ZFA)进行了大量的研究,结果表明,与粉煤灰相比,ZFA具有很高的阳离子交换容量(CEC),具有较大的潜能作为一种优良的吸附剂应用在水处理中,脱除生活污水中阳离子性污染物。本研究选取重金属污染阳离子Cr(Ⅲ)及富营养化污染阳离子NH4+为研究对象,研究ZFA对阳离子型污染物的去除特性,考察ZFA在污水深度处理方面的应用前景。论文对比了粉煤灰及其合成沸石的固铬能力,考察ZFA的固铬特性及各种影响因素,分析了ZFA固铬量与其内部化学组成的关系,从水化学反应方面探讨了影响ZFA固铬的机制,并从应用角度考察了ZFA对实际污水中Cr(Ⅲ)的净化效果。结果表明:由于合成沸石与粉煤灰相比有更高的CEC和缓冲能力,其对Cr(Ⅲ)有更好的去除效果;ZFA除铬的机理包括阳离子交换吸附、氢氧化铬沉淀作用及游离氧化铁的专属吸附。以上各种机制作用均受pH影响,随着pH的升高而增强。14种ZFA对三价铬的最大吸附量Qm从22.29mg/g到99.91mg/g不等,Qm的大小主要与ZFA的钙含量,主要是f.CaO和CaCO3的含量有关,f.CaO和CaCO3含量越高,ZFA的固铬能力越强,这主要是因为f.CaO和CaCO3的含量决定了ZFA的缓冲能力,从而影响体系的pH,最终决定ZFA固铬能力。对于低浓度(<100 mg/L)含Cr(Ⅲ)废水,当有其它阳离子(NH4+、Na+、K+、Ni2+、Ca2+)存在时,ZFA的除铬能力未受明显影响,对Cr(Ⅲ)表现出了良好的选择性。ZFA对实际含Cr(Ⅲ)的制革废水(Cr(Ⅲ)浓度为112.6mg/L)表现出了良好的处理效果。在投加量大于5g/L时,低中高钙三种沸石对Cr(Ⅲ)的去除率均在97%以上。对于除Cr(Ⅲ)能力强的高钙沸石,投加量为1.25g/L时,去除率已高达96.97%。由于ZFA的原材料粉煤灰属无机固体废物,将ZFA应用于含重金属废水的深度处理,具有良好的应用前景。实验室前期已对ZFA的氨氮去除特性及机理进行了研究,本研究主要针对低浓度氨氮(氨氮浓度为5mg/L)废水,考察干扰阳离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+)共存条件下,不同阳离子饱和沸石(Na+-ZFA、Ca2+-ZFA及Al3+-ZFA)吸附氨氮能力的变化。结果表明:加入的四种干扰阳离子对ZFA除氨氮能力影响程度为:K+>Na+>Ca2+≈Mg2+。随着模拟废水中阳离子浓度的增加,氨氮去除率逐渐下降。其中,K+对氨氮去除率影响最为明显。当其浓度由2mmol/L上升到16mmol/L时,三种ZFA去除率分别从17.94%、62.61%、67.87%下降到0.8%、0.06%和4.27%。天然水条件ZFA去除氨氮能力没有呈现太大变化,Ca2+-ZFA及Al3+-ZFA对氨氮去除率在80%以上,因此可以认为ZFA在低浓度氨氮废水处理方面具有很好的应用前景。
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