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4A分子筛处理氨氮废水效果如何

时间:2020-09-28浏览量:1

4A分子筛处理氨氮废水效果如何

4A分子筛处理氨氮废水效果如何?近年来,我国水体严重污染事件频发,极大地影响社会和经济发展4A分子筛作为一种废水处理产品,在水体污染中起到的作用有哪些?水质安全问题越来越引起人们的重视减少水体环境的污染已成为当今世界的焦点水体污染物包括有机物、重金属和氨氮等无机物无机氨氮化合物是造成水体富营养化的主要污染物之一,水体中过量的含氮化合物会使藻类等浮游生物大量繁殖,水中的溶解氧锐减,鱼类大量死亡,水质变坏,以至出现赤潮

 

分子筛厂家采用水热法合成了4A分子筛,并讨论了合成过程中的影响因素用粉末X射线衍射(XRD)对产物进行了表征以水溶液中氨氮为目标,4A分子筛对其进行吸附处理;通过一系列对比实验,评价所合成的4A分子筛及其工业品对高浓度模拟氨氮废水中氨氮的吸附性能结果表明,所合成的4A分子筛对水中氨氮的吸附效果远好于工业品4A分子筛;并且吸附效果与4A分子筛投加量有关;在氨氮量为100ml*1000mg,沸石的最佳投加量是3g,去除率可达到76.50%.此外,吸附剂对氨氮的对数吸附等温线符合Langmuir方程,表明吸附为化学单分子层吸附,等温线的斜率为0.4766,0.1-0.5之间,从理论上表明4A分子筛可作为吸附剂用于高浓度氨氮废水的处理.

目前,实际应用于氨氮废水处理的主要方法有:

1)吸附法、(2生物硝化法  3吹脱法   4化学沉淀法

生物硝化法将氨氮转化为硝酸盐,一般需要该法耗时占地,当氨氮浓度超过50mg,自然硝化作用受抑制,水系自净化能力降低;若氨氮浓度超过300mg,生化处理工艺的利用受到限制.另外,由于温度变化,尤其是在北方,冬季的气温很低,生物法基本不适用.吹脱法适用于高浓度氨氮废水处理,消耗能源,尤其处理中低浓度氨氮废水时,能耗更大,相应的运行成本也大,不利于国家节能减排总体目标的实现.化学沉淀法处理费用高,日常维护困难,限制了其广泛应用.与生化处理相比,物化处理脱氨氮技术可以实现氨氮废水的深度处理,并且操作弹性大、效率高、投资省、占地小

4A分子筛具有稳定的四面体结构,其晶体结构中有规整而均匀的孔道,有大的比表面积和很大的吸附容量,被认为是最有应用前景的去除氨氮吸附剂探讨分子筛对水中低浓度氨氮吸附已有不少文献工作报道.然而到目前为止关于分子筛吸附高浓度氨氮的报道并不多.本文以4A分子筛为吸附剂,通过模拟条件,研究4A分子筛吸附高浓度氨氮的效果,得出4A分子筛吸附水中氨氮的最佳条件,并探讨其吸附机理,为分子筛去除废水中高浓度的氨氮提供理论依据.

1 实验部分

1.1 水热法合成4A分子筛

将氢氧化铝按一定配比溶解在氢氧化钠溶液中,得到浓度为0.76ml的铝酸钠溶液.再按SiO2/Al2O3=2的配比加入二氧化硅(纯度为96.4%),调节其碱度,搅拌约30min至溶液为透明状.装入反应釜中置于90℃烘箱中反应2h,取出、过滤、洗涤、干燥,得到样品.保留母液以备回收利用.

1.2 4A分子筛吸附高浓度氨氮

模拟氨氮废水的配制取氯化铵3.819g溶于1L水中,得到氨氮废水浓度为1000ml分子筛吸附前后氨氮的浓度用甲醛法测定

氨氮废水的吸附试验准确称取1.0g4A分子筛和100ml模拟废水若干份,分别放入一系列250ml的锥形瓶中,密封、搅拌,速率为300r/min,静置,取上层清液,用甲醛法测氨氮的残留浓度以及初始浓度CO,按下式计算沸石分子筛对氨氮的吸附量和氨氮去除率:式中为吸附量;C0为氨氮的初始浓度;Cmg.l为吸附平衡后试液中残留的氨氮浓度;V(l)为废水体积;W(g)4A分子筛投加量

 

1.3 吸附动力学研究

准确称取若干份4A分子筛,每份1.0g,分别置于250ml锥形瓶中,加入一定浓度的氨氮溶液100ml,35℃下置于300r·min-1的恒温搅拌器中搅拌,每隔一定时间后,静置,取上层清液,测其氨氮的浓度,计算样品对氨氮的吸附量,绘制吸附曲线.

2 结果与讨论

2.1 影响4A分子筛纯度及产率的合成因素

在合成4A分子筛的实验中,反应混合物的配比是影响4A分子筛产品纯度的主要因素,配比不同得到的产物不同.只有反应物的配比符合合成4A分子筛的严格要求,才能获得高质量的4A分子筛.1是分子筛的XRD谱图.从图1可以看出,当硅铝比过高时,合成产物中会有P型杂晶的出现(1b),产品质量不纯.当硅铝比较低时,虽然产品中没有杂晶出现,但产率较低,影响产量.通过实验发现,当原料配比为3Na2OAl2O32SiO2150H2O,合成的4A分子筛产率和纯度最高(1a),其衍射峰的位置和标准4A分子筛(PDF39-0222)基本相同.而且没有杂质峰的出现,说明合成的分子筛纯度比较高.与工业用4A分子筛(1c)相比,本实验合成的高纯分子筛的衍射峰较尖锐,结晶度好.

另外,溶液的pH值对4A分子筛的产率也有很大影响.pH值过高时会有P型分子筛出现;碱度偏低时,产物中出现方钠石杂晶[13].通过实验发现水钠比在50,4A分子筛的产率最高

2.2 实验室制备的高纯4A分子筛、普通4A分子筛与工业用4A分子筛吸附性能比较

实验室制备的高纯4A分子筛(原料配比为3Na2OAl2O32SiO2150H2O)、普通4A分子筛与工业用4A分子筛吸附性能比较的实验条件保持一致.具体如下:100ml浓度为1000mg·l-1的氨氮水溶液中分别加入1g高纯4A分子筛、普通4A分子筛与工业用4A分子筛,搅拌2h,速率为300r·min-1,静置,取上层清液,测其氨氮含量.分子筛对氨氮吸附量由初始浓度C0和平衡浓度C之差所得.结果如表1

 

所示.1可见,实验室合成的高纯4A分子筛对氨氮的去除率为50.4%.吸附量为50.4mg·g-1,普通4A子筛对氨氮的去除率为36.0%.吸附量为36.0mg·g-1,工业用4A分子筛对氨氮的去除率为26%,吸附量为26mg与工业用分子筛相比,合成的4A分子筛吸附性能明显增强.且高纯4A分子筛的吸附效果最佳.

2.3 分子筛加入量对氨氮去除率的影响室温下,100ml浓度为1000mg的氨氮水溶液中加入不同量的分子筛,搅拌2h,静置30min,取上层清液进行测定,吸附结果如图2所示.结果表明,分子筛投加量越大,氨氮去除率越高.但是当分子筛的投加量大于3.0g,氨氮去除率趋于平缓.综合去除率和沸石加入量,我们得出在氨氮量为100ml,沸石的最佳投加量是3g.此时的去除率为76.50%.与以往氨氮废水吸附的文献报道相比,本文中使用4A分子筛吸附氨氮的去除率高、成本低、经济效益好

 

2.4 吸附等温线在室温,搅拌,投加量均为10gpH7-8的条件下,用合成的4A分子筛对氨氮浓度在100之间变化的模拟废水进行吸附处理,测得各试验点在达到吸附平衡时,溶液中氨氮的初始浓度C0及平衡浓度C与氨氮的吸附量Q的关系,结果如图3所示

 

3 结论

(1)根据XRD谱图可得,合成4A分子筛的最佳条件为3Na2OAl2O32SiO2150H2O,此时合成的4A分子筛产率和纯度高.通过合成的普通4A分子筛,高纯4A分子筛和工业用4A分子筛吸附性能的比较,合成的高纯4A分子筛吸附效果最佳

(2)通过氨氮吸附实验,得出一定浓度的氨氮废水中4A分子筛投加量越大,氨氮去除率越高,但是当分子筛的投加量大于一定量后,氨氮去除率趋于平缓.在氨氮量为100m,沸石的最佳投加量是3g,此时的去除率为76.5%

(3)4A分子筛是良好的氨氮吸附剂,每克吸附量可达到51.4mg,吸附机理符合单分子层.