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氨氮的过量排放会造成水体富营养化,危害水体生态环境和人类健康。本研究将离子交换技术与膜技术相结合,通过相转化法成功制备了以13X、4A分子筛为功能颗粒、以聚醚砜(PES)为基质材料的膜吸附剂,以探求一种高效、节能环保的方法达到对氨氮去除的目的。主要研究内容及结论如下:
通过填充材料吸附性能的比较,选择出对氨氮吸附容量较高的13X分子筛与4A分子筛作为吸附的功能颗粒,并对它们进行了物性分析以及固液比、吸附时间、浓度与离子选择性等实验研究,发现这两种类型的分子筛在0.5min可分别达到饱和吸附量的96.6%和91.2%,且对氨氮的选择性去除要明显高于钠离子。
以选择出的13X分子筛与4A分子筛为功能颗粒、以PES为基质材料、以二甲基乙酰胺(DMAC)为溶剂制备了不同分子筛填充量的膜吸附剂,并对其结构与性能的关系进行了研究。结果表明:随着分子筛填充量的增加,膜的指状孔变得细密、短小,其孔隙率与水通量逐渐降低但是断裂强度与吸附容量都在增加。
对膜吸附剂的吸附和脱附性能进行了系统研究,在静态实验中,探讨了料液pH、吸附时间、温度和初始浓度等条件对所制备的13X分子筛/PES膜吸附剂与4A分子筛/PES膜吸附剂吸附性能的影响,结果表明:在293K,pH=7时这两种类型的膜吸附剂对氨氮均有较好的吸附容量,可分别达21.69mg/g、18.53mg/g;通过对13X分子筛/PES膜吸附剂与4A分子筛/PES膜吸附剂的吸附热力学与吸附动力学研究,发现这两种类型的膜吸附剂对氨氮的吸附均符合Langmuir方程与准二级吸附反应的动力学。在动态实验的研究中发现填充量为60%的4A分子筛/PES膜吸附剂与13X分子筛/PES膜吸附剂对氨氮的去除效果较好,穿透时的吸附量分别为8.7mg/g、9.4mg/g,脱附实验中用5%的NaCl溶液可将分子筛/PES膜吸附剂上的氨氮洗脱完全,洗脱液浓度高达260mg/L,为初始氨氮浓度的26倍。