基于活性炭-沸石联合吸附去除水中无机氮的研究

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我国目前水污染严重,出现了水质性的水资源短缺。许多湖泊和水库因大量污染物的输入造成水质恶化。其中,无机氮的污染日益加重,也加剧了水质恶化现象,相关的水处理技术研究与开发已经逐渐成为关注的热点。活性炭和沸石都是广泛采用的环保材料,活性炭的吸附量容较大,但是,由于其吸附原理基于物理吸附,对进水负荷的缓冲能力较弱。而沸石的吸附原理是离子交换,能快速的降低进水浓度的峰值,但其缺点是吸附容量较小,因此,活性炭和沸石有着明显的互补作用。  本文以水中的无机氮(硝态氮、氨氮)为实验对象,通过对改性前后活性炭和天然斜发沸石表面形态、吸附水中硝态氮的热力学及动力学等的研究,分析了活性炭和天然斜发沸石改性后对水中硝态氮的吸附效果。探索了改性后的活性炭和沸石同天然斜发沸石联合去除水中硝态氮与氨氮的效果。主要结果如下:  1.ZnCl2改性活性炭会增加活性炭表面的微孔数量,对水中硝态氮的吸附量可达7.4mg/g,是改性前的2.3倍。改性活性炭对水中硝态氮的吸附等温线符合Freundlich方程,假二级方程能更好地拟合其动力学数据。  2.天然斜发沸石经过300℃活化后,增加了沸石表面的阳离子交换容量(CEC),利用HDTMA对天然斜发沸石进行改性于硝态氮的吸附最佳改性量为2.0CEC,硝态氮吸附量可达2.11mg/g,是活化改性前的3.6倍。改性沸石对水中硝态氮的吸附等温线符合Langmuir模型,假二级方程能更好地拟合其动力学数据。  当pH小于8时,天然斜发沸石对水中氨氮的吸附量会随pH的增大而增大,当pH大于8时,吸附量会随pH的增大而减小。最有利于天然斜发沸石吸附水中氨氮的pH为8,吸附量可达4.23mg/g。  3.将改性后的吸附材料(活性炭、沸石)和天然斜发沸石联合,可同时去除水中的硝态氮与氨氮。当溶液中硝态氮和氨氮的初始浓度为50mg/L、pH=6,并且去除率大于90%时,装填15g混合材料的吸附柱可处理硝态氮和氨氮的体积分别为90mL和240mL。
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