沸石优化改性与去除氨氮效果

沸石去除水中氨氮的作用机理沸石是由碱金属或碱土金属组成的含水网状铝硅酸盐物质，具有架状结构在其晶体内部分子像搭架子似地连在一起，中间形成很多空腔，通常情况下该空腔为水分子及金属阳离子所占据其化学通式为：MxDy[AL（X+2y）si(x+2y)O2]·mH2O，分子中的阳离子（SI,AL）和O一起构成四面体格架，称为结构阴离子。

在这种结构阴离子中，中心是Si(或AL)原子，每个Si(或AL)原子的周围有4个O原子，各个sI/O四面体通过处于四面体顶点的O原子互相连接起来，形成许多宽阔的孔穴和空道，使得沸石具有很大的比表面(通常为400-800㎡/g)。

通常情况下沸石空腔中的水分子、金属阳离子与沸石骨架离子的联系是松弛而微弱的。

这些水分子及阳离子可以自由地移动和出入孔道而不影响其骨架构造沸石这种格架结构决定了它具有较高的交换吸附性能。

沸石具有较大的比表面积孔穴和孔道结构的存在使得沸石可以吸附大量的分子或离子。

2沸石对氨氮去除机理沸石对氨氮的去除以物理吸附作用与离子交换作用为主，其,吸附作用具有“快速吸附缓慢平衡”的特点。

2.1吸附作用在沸石的组成结构中，sio4和alo4以共角顶的形式联成硅铝氧格架四在格架中形成了许多宽阔的孔穴和孔道(占晶体总体积的50%以上)，使得天然沸石具有比表面积大（通常在440-1030㎡/g）,天然沸石往往孔径均匀因而可以产生“超孔效应”，在沸石表面所具有的强大色散力作用下，沸石孔穴中分布的阳离子和部分架氧所具有的负电荷相互平衡，使得沸石又具有较强的色散力和静电力作用加之沸石所特有的分子结构而形成的较大静电引力使沸石具有相当大的引力场，由以上四种因素的综合作用使得沸石具有很强的吸附性与其他吸附剂相比，沸石具有吸附量大、高选择性和高效吸附等特点。

2.2离子交换作用离子交换是指沸石晶体内部阳离子与废水中NH4+进行交换的化学过程：在硅铝氧四面体基本单元中部分氧原子的价键未得到中和，使整个四面体基本单元带有部分的负电荷，为达到电性中和，该四面体基本单元中缺少的正电荷会由附近带正电的碱土金属离子阳离子（如K+、Na+、Ca2+、Mg2+）来补偿；废水中的Nh4+直径小于沸石的孔穴通道直径，通过沸石的吸附作用容易进入孔穴到达沸石表面，并与沸石晶格中碱土金属离子阳离子发生交换并将其置换下来，而且离子交换后的沸石并不发生结构变化，这使沸石具有离子交换特性。

沸石改性及对水中氨氮的吸附性能研究作者：杨岳吴涛涛王闰民陈珊媛来源：《环境与发展》2020年第09期摘要：为有效处理含氨氮废水，选用沸石分子筛为载体，以氢氧化钠为改性试剂，以氨氮吸附率作为活性评价指标，通过正交实验设计确定了NaOH碱改性沸石分子筛吸附剂的最佳改性条件。

实验结果表明：当NaOH浓度为1.5 mol·L-1，加热温度为80 ℃，浸渍时间为6 h，并于600 W微波功率下作用2 min所制得的NaOH碱改性沸石分子筛吸附剂具有最高的吸附性能，工作120 min后对氨氮的吸附效率已达到83.54%。

并考察了氨氮初始浓度及水温对改性沸石的氨氮吸附性能的影响，实验表明氨氮吸附效率随氨氮初始浓度及水温的增大而增大，而当氨氮浓度低至10 mg/L时，改性沸石作用120 min后对氨氮的吸附效率亦在60%以上，当水温为37℃时，改性沸石作用60 min，氨氮吸附率已高至85.57%。

关键词：沸石分子筛;氢氧化钠改性;氨氮;吸附;正交实验中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）09-0-03DOI：10.16647/15-1369/X.2020.09.067Research on adsorption of ammonia nitrogen in water with modified zeoliteYang Yue，Wu Taotao，Wang Runmin，Chen Shanyuan（Yangjiang Polytechnic，Yangjiang Guangdong 529500，China）Abstract：In order to effectively deal with wastewater containing ammonia nitrogen， the zeolites modified by sodium hydroxide were used. The optimum modification conditions of zeolites were determined by orthogonal experimental design. Meanwhile， the adsorption properties of zeolites modified by sodium hydroxide were studied. The results show that the adsorbent of zeolites modified by sodium hydroxide has high adsorption activities， when the concentration of sodium hydroxide is 1.5 mol·L-1， the heating temperature is 80 ℃， the dipping time is 6 h， and the adsorbent is activated by microwave at 600 W for 2 min. After reaction for 120 min， the adsorption efficiency of ammonia nitrogen has reached 83.54%. In addition， the effects of and water temperature on the adsorption of modified zeolite were investigated. The the initial concentration of ammonia nitrogen results demonstrated that the adsorption efficiency of ammonia nitrogen increased with the increase of the initial concentration of ammonia nitrogen and water temperature. When the concentration of ammonia nitrogen was as low as 10 mg·L-1， the adsorption efficiency of ammonia was more than 60% after 120 min. And when the water temperature was 37 ℃， the ammonia adsorption has been as high as 85.57% by the action of modified zeolite for 60 min.Key words：Zeolite;Sodium hydroxide modification;Ammonia nitrogen;Adsorption;Orthogonal experimental氨氮是指水中以游離氨（NH3）和铵离子（NH4+）形式存在的氮，是造成湖库等淡水水体及海湾富营养化污染的主要营养素，表现为某些水生植物（如绿萍等）及藻类（如蓝藻、红藻等）的大量繁殖，导致鱼类等水生生物因溶解氧的过度消耗而死亡[1]。

改性沸石处理含氨氮废水NH3-N是高耗氧性物质，每毫克NH3-N氧化成硝酸盐要消耗4157mg的溶解氧，较高的氨氮浓度会直接导致水质的黑臭。

作为一种无机营养物质，NH3-N还是引起海洋、湖泊、河流及其它水体富营养化的重要原因，对鱼类及某些水生生物有毒害。

桂林某旅游景区的污水处理系统原设计水量为180m3/d，投入使用后，由于实际服务人口增加，导致水量增加。

该污水处理工艺未设污泥处理系统，长期以来，沉淀池的污泥通过排入化粪池达到减量目的。

以上原因导致该工艺在运行三年后出水氨氮严重超标，污染周围水体，急需脱除水中的氨氮。

对于氨氮废水的处理，用常规的生物化学方法去除氨氮效率低、周期长、成本高；用活性炭吸附、磷酸铵镁沉淀等物理化学方法也因其工艺本身的缺陷、成本高等原因而无法广泛应用。

因此，寻求高效、切实可行的去除氨氮的方法十分必要。

近年来，国内外开展了用沸石去除水中氨氮的研究。

沸石是一种廉价的无机非金属矿物，利用它去除水中的氨氮具有效率高、工艺简单、易再生、处理成本低等特点。

沸石在水处理中的应用已得到广泛关注。

一、实验部分1、材料沸石：采用α改性沸石，其红外光谱见图1。

根据其粒径大小分为粗(016～110mm)、中(0125～016mm)、细(0118～0125mm)3种。

其化学成分及其含量(wB)为SiO267199%，TiO20123%，Al2O313125%，Fe2O30167%，MnO0116%，CaO2192%，MgO0189%，K2O1127%，Na2O2165%，P2O501013%。

含氨氮废水：取自某旅游景区的高浓度氨氮废水，其水质为ρ(CODCr)=200～250mg/L，ρ(NH32N)=140～150mg/L，pH=615～715。

2、试剂与仪器主要试剂：碘化钾、氯化汞、四水合酒石酸钾钠、氯化钠、氯化铵、氢氧化钾、氢氧化钠、硫酸等，均为市售分析纯级化学品。

3、实验方法氨氮的分析方法采用纳氏试剂比色法(GB7479-87)测定。

沸石垃圾处理技术来啦！氨氮去除率可达92%！远超国标！随着我国城镇化步伐的推进，城市生活垃圾的组成越来越复杂，产量也在不断上升。

垃圾填埋作为城市垃圾的主要处置技术，目前应用十分普遍。

当前，我国90%以上的城市垃圾均使用填埋技术进行处理，如果填埋场的防护措施不当，产生的渗滤液极易造成当地土壤和地下水的污染，因此选择良好的衬里材料至关重要。

沸石凭借自身独特的孔穴结构与功能性，将其应用于垃圾填埋中，可以有效吸附恶臭气味，同时增强垃圾渗滤液中氨氮的去除效果，目前已逐步成功应用于国内外部分垃圾填埋场中。

1.垃圾渗滤液的危害城市生活垃圾的处理已经成为当今我国城市发展面临的一个棘手问题。

不同的处理方式对环境的影响差异很大。

有研究表明，运用GC-MS联用技术对垃圾渗滤液中有机污染物成分进行分析，共检测出垃圾渗滤液中主要有机污染物63种，可信度在60%以上的有34种。

其中，烷烯烃6种，羧酸类19种，酯类5种，醇、酚类10种，醛、酮类10种，酰胺类7种，芳烃类1种，其他5种。

其中已被确认为致癌物1种，促癌物、辅致癌物4种，致突变物1种，被列入我国环境优先污染物“黑名单”的有6种。

由于垃圾渗滤液成分极其复杂，水质变化范围大，有机负荷高，且含有大量具有难生物降解性、生物累积性和三致效应的有毒有机污染物，其处理难度巨大。

垃圾渗滤液作为一种高强度废水，己经被全球各国视为地表水及地下水的潜在污染源，如果得不到妥善处理，会穿透地表土及地下土层，对地下水体造成严重污染，同时散发出大量的臭气，严重影响环境质量。

另外，垃圾渗滤液一旦排入水体中，对自然环境、人体等有极大的危害，特别是流动缓慢的湖泊，容易引起氨氮水体中的藻类和微生物的大量繁殖，导致水体的富营养化。

2.沸石处理垃圾渗滤液效果更佳沸石作为一种天然的强吸附材料，能够有效去除垃圾渗滤液中的氨氮。

中国农业大学资源与环境学院研究人员杜龙龙在文献中表示，通过对厨余垃圾中添加沸石，能够证明其可以对厨余垃圾堆肥过程中消减臭气有着巨大影响作用，其中沸石能有效地从气体或液体中吸附其中某些成分的固体物质；梁美生等通过对沸石改性来吸附硫化氢，也取得了良好的效果。

改性沸石法去除微污染水中氮的研究本课题以氨氮浓度大约为5mg/L的微污染水为研究对象，其COD浓度低于20mg/L，以开发适合我国国情的废水脱氮技术为目标，对沸石离子交换去除氨氮的处理工艺进行了探讨，并对其改性处理效果及再生效果进行了试验研究。

研究了沸石经NaCl、NH4NO3改性处理后对微污染饮用水中氨氮的吸附。

结果表明：改性沸石对氨氮有较好的吸附，吸附温度为常温，NaC1溶液、NH4N03溶液改性沸石的最佳浓度分别为0.6—1mol/L、1.5—2mol/L，氨氮的去除率达90％。

近年，随着社会经济发展和城市化进程，河流受生活污水和工业废水污染的情况日趋严重，其中特别以污水对河流产生的污染问题更为突出，使我国出现日益严重的水质性缺水现象，严重影响了人民的生产和生活，并制约了社会的可持续发展。

尤其以氨氮的富营养化污染为最严重。

微污染饮用水中，普遍都含有一定浓度的氨氮。

氨氮浓度过高，会抑制自然硝化，降低水体自净能力。

目前净水工艺广泛采用过滤介质活性炭法，但价格昂贵。

本文采用改性沸石去除水中的氨氮，工艺简单，易再生，处理成本低，去除率高。

沸石是一族具有连通孔道、呈架状构造的含水铝硅酸盐矿物，特殊的晶体化学结构使沸石拥有离子交换、高效选择性吸附、催化、耐酸、耐辐射等优异性能和环境属性。

由于它的特殊结构，对氨具有优先选择交换性、良好的再生性和低的运行成本及各种温度下皆有效的特点，己被用于去除废水中高浓度氨。

利用它去除水中的氨氮，取得良好的效果，为微污染饮用水中氨氮的去除提供了一种高效、实用、经济的新方法。

近年来，国内外对沸石特别是斜发沸石和丝光沸石在微污染饮用水源处理中的应用作了大量研究工作，沸石在饮用水处理中有着很好的应用前景。

沸石去除氨氮的原理氨氮在水中以离子态NH4+和分子态NH3两种形式存在。

沸石去除氨氮的原理为：①两种形式的氨氮自溶液本体向沸石表面迁移，部分分子态的氨氮在颗粒外表面动态吸附平衡；②颗粒外表面流体界面膜内的传质；③颗粒内的扩散和分子态的氨氮在孔隙内的动态吸附平衡；④离子态的氨氮在孔隙表面上的动态离子交换过程平衡；⑤交换后的离子向溶液本体扩散。

沸石去除氨氮试验方案一、沸石改性预处理首先对沸石进行清洗，用清水对沸石进行10次淘洗，待沉淀后，倒去上部浑水，洗去沸石中混有的杂质，然后用纯水对沸石进行二次清洗，再将清洗后的沸石在烘箱105℃下干燥5小时，期间要将沸石拿出搅拌数次，防止结块。

二、改性沸石的制备1. 无机酸改性沸石的酸改性试验，选用盐酸作为改性剂，改性对象为经过与处理的沸石。

通过此改性试验得到H型沸石。

配置一定量的盐酸（1mol/L）,称取一定量的经过预处理的沸石。

将沸石在盐酸中浸泡24小时，倒出上清液，用去离子水将沸石清洗至中性，然后将沸石放入烘箱在105℃下烘干，制得HCl改性沸石即H型沸石。

2. 无机碱改性为了得到P型沸石，对经过预处理的沸石进行碱改性试验，选用改性剂是氢氧化钠。

称取一定量的经过预处理的沸石，放入配置好的1 mol/L 的NaOH溶液中浸泡24小时，倒出上清液，用去离子水将沸石清洗至中性，然后将沸石放入烘箱在105℃下烘干，制得碱改性沸石即P型沸石。

3. 无机盐改性沸石的无机盐改性试验，选用的改性剂是氯化钠，改性对象是经过预处理的沸石。

称取一定量的经过预处理的沸石和HCl改性沸石，分别加入1 mol/L的NaCl溶液，浸泡24小时，倒出上清液，用去离子水将沸石清洗至中性，然后将沸石放入烘箱在105℃下烘干，制得氯化钠改性沸石即Na型沸石。

三、改性沸石去除氨氮的效果研究1. 定性分析试验设计用NH4Cl和纯水配置浓度为10mg/L的氨氮水样。

分别称取三种改性沸石10g，投入1L配置好的10mg/L的NH4Cl溶液中进行烧杯试验，设计搅拌速度为200r/min，搅拌时间为30分钟，分析氨氮的去除率，对比三种改性沸石对氨氮的去除效果。

若改性沸石对氨氮有较好的去除效果，则往下继续开展下述试验步骤。

2. 改性沸石去除氨氮的影响因素2.1 三种改性沸石投加量对去除率的影响针对三种不同的改性沸石分选用不同投加量，进行烧杯试验，观察、对比其在不同投加量下去除氨氮的效果，确定三种改性沸石在NH4+浓度为10mg/L时的最佳投加量，并尝试采用模拟水绘制Langmuir等温线或者Freundlich等温线。

合成沸石的改性及其对氨氮的吸附特性谢妤;宋卫军;林钰婷;陈开财【摘要】采用不同的酸和碱对合成沸石进行了改性。

通过静态吸附试验考察了改性沸石对氨氮的吸附效能。

结果表明,对氨氮的吸附酸改性效果优于碱改性,以0.1 mol/L 的 HCl 作为改性剂最高吸附率可达84.04%。

pH 值对改性沸石吸附氨氮影响较大,pH值为6时氨氮吸附率达86.88%。

合成沸石吸附氨氮等温吸附曲线更符合Freundlich模型(R2>0.994),改性沸石对氨氮的吸附行为属于优惠吸附。

Lagergren准二级反应动力学方程比准一级反应动力学方程拟合结果好(R2>0.9994),利用准二级动力学方程获得的平衡吸附量与实测值相差在4.9%以内。

【期刊名称】《长江大学学报（自然版）理工卷》【年(卷),期】2016(013)028【总页数】7页(P25-31)【关键词】合成沸石;改性沸石;氨氮;吸附【作者】谢妤;宋卫军;林钰婷;陈开财【作者单位】武夷学院生态与资源工程学院，福建武夷山 354300; 福建省生态产业绿色技术重点实验室，福建武夷山 354300;武夷学院生态与资源工程学院，福建武夷山 354300;武夷学院生态与资源工程学院，福建武夷山 354300;武夷学院生态与资源工程学院，福建武夷山 354300【正文语种】中文【中图分类】X703.1在我国氨氮广泛存在于地表水中[1]。

氨氮致使湖泊特别是封闭水体呈现不同程度的富营养化，表现为藻类的过度繁殖和水中溶解氧的减少进而导致湖泊生态系统结构和功能的严重退化。

非离子氨氮是氨氮生物毒性常见的表现形式[2～4]，而水中非离子氨氮的积累会对水生生物产生毒性[5],生物技术法去除氨氮后其主要产物为硝酸盐，在水产养殖业中硝酸盐的累积会对某些水生生物产生负面影响[6，7]，若要进一步脱氮需再增加技术和设备。

沸石对氨氮的吸附和离子交换性远大于活性炭和离子交换树脂，表现出较强的选择性吸附[8]，利用沸石的该特性既可以去除氨氮又可以避免水体中硝酸盐的过度累积。