超聲波強化沸石分子篩離子交換吸附傳質過程的研究.pdf

1、本課題主要是在前人研究的基礎上，針對離子交換應用過程中存在著諸如單位吸附量少、吸附效率較低等問題，在充分考慮多孔吸附劑“孔道納米尺寸效應”的基礎上，以沸石分子篩為離子交換劑，鈣離子為交換對象，超聲波為強化手段，進一步深入研究了超聲波對離子交換吸附傳質過程的強化。
　　靜態(tài)吸附實驗研究結果表明，Langmuir方程的線性擬合形式不能恰當?shù)孛枋鲡}離子在沸石分子篩上的吸附規(guī)律，采用 Redlich-Peterson吸附等溫方程式的曲線擬

2、合形式能對實驗數(shù)據進行較好的描述，但這只能作為數(shù)據處理的一種方法，而不能完全解釋復雜體系中吸附反應的機理；沸石分子篩的Na+—Ca2+離子交換過程的焓變大于零，為一吸熱反應，證明了較高溫度有利于鈣離子的吸附；離子交換過程的吉布斯自由焓ΔG0m變化為負值，說明吸附過程可自發(fā)進行；活化能Ea為7.20 kJ·mol-1，說明吸附過程容易進行。
　　動力學研究結果表明，沸石分子篩對鈣離子的全交換容量可達78.65 mg/g。氯化鈣溶液為

3、50 mg/L時，沸石分子篩對鈣離子的動力學交換過程主要由液膜擴散控制；濃度為1200 mg/L時，交換過程主要為顆粒擴散控制；當Ca2+濃度為300 mg/L時，交換過程由液膜擴散和顆粒擴散聯(lián)合控制。施加超聲的結果使交換控制機理都轉化為顆粒擴散控制。施加超聲可以提高吸附速率和吸附率，且吸附率隨超聲強度的增加而增大，而超聲頻率對吸附率影響不明顯。溫度平行實驗結果表明，施加超聲引起的吸附量增加不僅與超聲“熱效應”有關，而且與超聲的“非熱效

4、應”有關。
　　X射線衍射和電鏡掃描結果表明，沸石分子篩樣品是純度較高的標準X型沸石；X射線衍射半定量分析結果可以定性地說明沸石分子篩對鈣離子的吸附機理主要是離子交換吸附。
　　超聲波強化沸石分子篩離子交換吸附傳質的機理主要歸因于超聲空化伴隨的附加效應使邊界層液膜變薄，為鈣離子提供能量克服“孔道納米尺寸效應”，減小傳質阻力；超聲可能使水合鈣離子的水化層變薄，易于擴散到孔道中，這也可能是超聲強化吸附傳質的原因。超聲強化離子交換