改性沸石吸附材料制備及其對(duì)水中硝態(tài)氮去除性能研究.pdf

1、出水總氮(TN)達(dá)標(biāo)是污水處理廠提標(biāo)改造過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)難題，硝態(tài)氮(NO3--N)是生化出水TN的主要組成，如何去除出水NO3--N對(duì)于確保污水達(dá)標(biāo)排放具有重要意義。吸附法以其選擇性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)易、二次污染少等優(yōu)勢(shì)逐步成為污水深度處理的重要方法。沸石作為一種新型的環(huán)境吸附材料，具有孔腔結(jié)構(gòu)豐富、吸附成本低廉、吸附性能高效等優(yōu)勢(shì)，但其存在吸附選擇性差、固液分離困難、再生成本偏高等問(wèn)題，需要對(duì)其進(jìn)一步改性以擴(kuò)寬在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。本論文以N

2、aY沸石為基體材料，通過(guò)向其外表面雙層負(fù)載陽(yáng)離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(HDTMA)，超籠內(nèi)負(fù)載羥基合鑭，制備出載鑭陽(yáng)離子表面活性劑改性NaY沸石復(fù)合吸附材料(SMZ-La)。實(shí)現(xiàn)對(duì)NaY沸石超籠內(nèi)空間的充分利用，有效提高了對(duì)污水處理廠生化出水NO3--N的吸附性能。主要成果如下:
　　1.SMZ-La復(fù)合吸附材料的制備及表征:通過(guò)改良溶液浸漬法制備的載鑭NaY材料(NaY-La)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水體NO3--N的有效吸附（負(fù)載

3、pH=9，NaY∶La=5∶1），其La的負(fù)載量為0.61mmol/g。進(jìn)一步負(fù)載HDTMA于NaY-La制備SMZ-La復(fù)合材料(HDTMA負(fù)載量0.35mmol/g，La負(fù)載量0.61mmol/g)，并通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)、熱重(TGA)等表征方法，分析SMZ-La復(fù)合材料的形貌特征及HDTMA、La負(fù)載情況。結(jié)果表明，隨負(fù)載pH增大，La可有效負(fù)載于NaY載體上且HDTMA主要以雙層分子結(jié)構(gòu)負(fù)載于NaY表面。
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4、.靜態(tài)吸附性能研究:通過(guò)靜態(tài)批次吸附實(shí)驗(yàn)，探究SMZ-La復(fù)合材料最適吸附條件、吸附動(dòng)力學(xué)、吸附等溫線、競(jìng)爭(zhēng)吸附效應(yīng)、再生性能。結(jié)果表明:相比與僅負(fù)載HDTMA的NaY吸附材料(SMZ)，SMZ-La能夠在更廣的pH范圍內(nèi)(pH=3-9)維持對(duì)NO3--N的高效吸附(最大吸附量可達(dá)3.82mg/g);其吸附過(guò)程吸熱，符合Langmuir等溫吸附模型，理論最大吸附量為14.49mg/g(45℃);吸附反應(yīng)速率V0為2.30mg/(L.mi

5、n)，60min內(nèi)可達(dá)吸附平衡，反應(yīng)過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程;水體中共存的Cl-、SO42-對(duì)NO3-的吸附性能影響較小，而PO43-會(huì)與NO3-競(jìng)爭(zhēng)SMZ-La復(fù)合吸附材料表面的吸附活性位點(diǎn)，影響其對(duì)NO3-的吸附(PO43-濃度達(dá)10mg/L時(shí)，吸附容量降至2.89mg/g);同時(shí)SMZ-La復(fù)合材料具備良好的吸附-解吸再生性能，循環(huán)利用5次仍能維持80％以上吸附容量。
　　3.固定床動(dòng)態(tài)吸附性能研究:設(shè)計(jì)固定床動(dòng)態(tài)吸附反應(yīng)器

6、，并通過(guò)不同pH影響、競(jìng)爭(zhēng)離子存在下不同進(jìn)水濃度、吸附-脫附循環(huán)運(yùn)行，研究SMZ-La在不同條件下的穿透曲線，為實(shí)現(xiàn)其工程應(yīng)用提供技術(shù)支持。結(jié)果表明:相同條件下，相比于SMZ材料，SMZ-La復(fù)合材料能在保證達(dá)到預(yù)期出水效果的條件下(NO3--N＜12mg/L)，處理更高水量(70BV)，表明負(fù)載于NaY超籠內(nèi)的La對(duì)維持體系長(zhǎng)時(shí)間對(duì)NO3--N的高效吸附具有重要作用;SMZ-La材料吸附帶延續(xù)時(shí)間Δt僅為22h，相比于NaY-La(Δ

7、t=47h)及SMZ(Δt=30h)，吸附性能更加優(yōu)良;當(dāng)水中NO3--N濃度較低時(shí)(15mg/L)，SMZ-La對(duì)其選擇吸附性能較差(Ct/C0=0.336)，進(jìn)水量為40BV時(shí)即達(dá)到穿透點(diǎn)。隨水中NO3--N濃度增加，SMZ-La對(duì)其體現(xiàn)出更好的選擇吸附性能，受水中競(jìng)爭(zhēng)離子影響較小，吸附時(shí)間較長(zhǎng);采用4-6BV的脫附劑用量，以0.8BV/h的流速可以實(shí)現(xiàn)吸附劑的高效脫附，脫附后用5BV去離子水可實(shí)現(xiàn)吸附劑再生，SMZ-La復(fù)合材料在

8、實(shí)驗(yàn)運(yùn)行條件下能保持穩(wěn)定并循環(huán)利用。
　　4.SMZ-La復(fù)合材料對(duì)NO3--N吸附機(jī)理研究:通過(guò)材料零電點(diǎn)(pHPZC)、電鏡-能譜聯(lián)用(SEM-EDS)、比表面積(BET)、X射線衍射(XRD)、傅里葉紅外光譜(FTIR)及X射線光電子能譜(XPS)進(jìn)一步分析了SMZ-La復(fù)合吸附材料對(duì)NO3--N的吸附機(jī)制。研究表明:SMZ-La比表面積達(dá)43.258m2/g;相比于SMZ吸附材料，SMZ-La復(fù)合材料的零電點(diǎn)顯著提高，材料