煤矸石合成沸石及对氨氮废水吸附性能的研究

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随着我国工业化进程的加快,能源短缺现象日益明显、水污染现象严重,因此对于二次利用开发废弃物资源以及废水的治理显得尤为重要。氨氮废水如果处理不当会使水体富营养化,对人体的组织器官也具有危害作用。煤矸石、水淬渣等固废的利用率低导致大面积宝贵的土地资源被占用,同时还污染着环境。为解决天然沸石资源有限、再生困难、成本高的弊端,本论文首先选用固体废弃物煤矸石为原料采用碱熔法合成一种沸石。然后,在煤矸石中加入一定量的水淬渣为原料采用碱熔—超声波辅助法合成另一种不同类型的沸石。最后,利用合成的沸石作为吸附剂处理氨氮废水。并通过吸附等温试验和吸附动力学试验,探讨了合成沸石对氨氮吸附机理的研究。综合对比了碱熔法合成沸石及碱熔—超声波辅助法合成沸石对氨氮的吸附性能,依次考察了焙烧温度、固液比、陈化时间、晶化时间;水淬渣投加量、超声波时间、固液比、晶化温度、晶化时间对合成沸石氨氮吸附性能的影响。研究发现,碱熔—超声波法合成沸石液固比减小了,陈化时间缩短了,而且通过对比扫描电镜图以及XRD图分析可以看出,加入了水淬渣熔融物呈现更加蓬松的状态,比不加水淬渣合成的沸石晶体更加规则结晶度好。另外,研究还发现:1)合成的煤矸石沸石吸附氨氮废水的最佳条件为:投加量0.024g/mL,振荡时间60min,pH值为7左右;在此条件下对氨氮的最高去除率为63.63%。2)合成的煤矸石水淬渣沸石吸附氨氮废水的最佳条件为:投加量0.024g/mL,振荡时间45min,pH值为7左右;在此条件下对氨氮的最高去除率为57.29%。两种合成沸石对稀土氨氮废水中的氨氮吸附等温试验研究以及吸附动力学试验研究表明:1)两种合成沸石的Freundlich方程特征参数1/n均在0.10.5之间,说明吸附较容易进行;Langmuir、Freundlich、Temkin三种吸附等温线模型中Freundlich方程能更好的描述两种合成沸石对氨氮的吸附行为;2)煤矸石沸石、煤矸石水淬渣沸石对氨氮的吸附平衡时间分别在60min、45min;两种合成沸石对稀土氨氮废水中的氨氮吸附过程中,均较好的符合准二级动力学拟合直线,其中煤矸石水淬渣沸石与准二级动力学拟合直线的相关性最好,为0.9989;颗粒扩散是煤矸石沸石吸附氨氮的主要控制步骤,液膜扩散是煤矸石水淬渣沸石吸附氨氮的主要控制步骤;煤矸石沸石的有效扩散系数Dc=2.4686×10-7cm2/s;煤矸石水淬渣沸石的有效扩散系数Dc=2.2043×10-7cm2/s。研究成果对于二次利用开发煤矸石、水淬渣等废弃物资源提供了一种新思路,可以解决固体废弃物的堆置而引起的土地资源的大面积浪费、环境污染等问题,也可以用于处理稀土氨氮废水,达到以废治废的目的,具有较高的经济、环境效益。
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