改性沸石制備及除磷性能研究

鄧書平

（遼寧石油化工大學職業技術學院，遼寧 撫順 113001）

改性沸石制備及除磷性能研究

鄧書平

（遼寧石油化工大學職業技術學院，遼寧 撫順 113001）

采用硫酸、高分子絮凝劑聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)和陽離子型聚季銨鹽對沸石進行改性，考察了改性沸石投量、pH值、吸附時間對處理效果的影響。結果表明：改性沸石用量為6g/L、pH值為7、吸附時間100min、反應溫度為20℃，廢水中磷的去除率可達98%以上。

沸石；改性；磷；廢水

磷是引起水體富營養化的主要元素之一，據調查，總氮大于0.2mg/L、總磷大于0.02mg/L時，水體就開始出現富營養化。水體出現富營養化后藻類和浮游生物急劇增殖，水體溶解氧下降，水質惡化，并造成魚類及其他水中生物大量死亡。如近年來，滇池、太湖、巢湖等連續發生的藍藻污染事件，因此，廢水中磷的控制已越來越受到人們的關注。目前，常用的除磷方法主要有沉淀法、混凝法、生物法、氧化塘、吸附與離子交換法[1-2]。其中，生物除磷反應速度慢、工藝復雜，且難于保證出水水質，化學沉淀法存在化學污泥難于處理等諸多缺陷。

采用沸石吸附法處理含磷廢水不僅可以回收磷，變廢為寶，而且在工藝上還具有占地面積小、工藝簡單、操作方便的優點。本文采用硫酸、聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)和陽離子型聚季銨鹽對沸石進行改性處理，提高其吸附性能，用改性沸石處理含磷廢水，取得了良好效果。

1 材料及方法

1.1 材料及試劑

采用的天然沸石化學成分(%)：SiO258.5%，Al2O310.9%，Fe2O34.7%，MgO 2.6%，CaO 5.6%，其他 17.7%。

聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)：外觀無色或淡黃色粘稠液體。

陽離子型聚季銨鹽：甲醛與有機胺的縮合物，固含量>50%，ρ=1.28×103kg/m3。由山東濱州嘉源環保有限責任公司提供。

稀硫酸、氫氧化鈉、磷酸二氫鉀、抗壞血酸、鉬酸銨、酒石酸銻，均為化學純試劑。

1.2 儀器與設備

7230G型分光光度計、D-8401型多功能電動攪拌器、FA1104電子天平、pH-25型酸度計、DKS26恒溫水浴鍋、DHG-9203A臺式電熱恒溫鼓風干燥箱。

1.3 改性沸石的制備

1.3.1 沸石預處理

先將天然沸石浸泡再洗凈風干，在300℃條件下對天然沸石進行活化2h，之后研磨過100目篩，備用。

1.3.2 沸石改性

向天然沸石中加入5%的稀硫酸，在70℃下緩慢攪拌2h，過濾，用蒸餾水洗滌至中性，真空抽濾并烘干，再向酸改性沸石中加入適量PDMDAAC和陽離子型聚季銨鹽，在50℃左右下緩慢攪拌60min，真空抽濾，烘干，研磨過100目篩，制成改性沸石[3]。

1.4 測定方法

在燒杯中加入模擬含磷廢水及改性沸石，在室溫下振蕩吸附，靜置，取上清液，采用《鉬酸銨分光光度法檢測總磷》(GB11893-89)測定廢水中的總磷含量，并按下式計算磷的去除率：

式中：c為處理前廢水中磷濃度，mg/L；ce為處理后廢水中磷濃度，mg/L。

2 結果與討論

2.1 天然沸石和改性沸石對磷的吸附效果的比較

由于生活廢水的溫度為10～25℃，其中磷的濃度大多在5mg/L以下，因此試驗溫度確定為20℃，pH為中性條件下，分別在1 000mL濃度為5mg/L含磷廢水中加入等量天然沸石和改性沸石振蕩吸附，考察兩種沸石對磷的吸附能力[4]，結果如圖1所示。

由圖1可知，隨振蕩時間增加，天然沸石和改性沸石對磷的吸附趨勢基本相似，但改性沸石對磷的去除率遠高于天然沸石。

2.2 改性沸石用量對磷去除效果的影響

在20℃、pH值為中性的條件下，分別向6個1 000mL含磷廢水中加入不同量的改性沸石，振蕩吸附，測定廢水中磷的含量，結果如圖2所示。

由圖2可以看出，改性沸石用量為6g/L時，磷的去除率達98.4%，此時磷的剩余濃度為0.08mg/L，低于國家含磷廢水污染物排放標準(0.1mg/L)。

2.3 pH值對磷去除效果的影響

在20℃、改性沸石加入量為6g/L件下，振蕩吸附，考察廢水在不同pH值下改性沸石對磷去除效果的影響，結果見圖3。

由圖3可以看出，含磷廢水pH值=7時，磷去除率最高，當pH值大于7時磷去除率略有下降。由此可見，改性沸石適于處理呈中性的含磷廢水。

2.4 吸附時間對磷去除效果的影響

在20℃、改性沸石加入量為6g/L，pH值為7的條件下，考察不同吸附時間對磷去除效果的影響[5]，結果如圖4。

由圖4可以看出，改性沸石對廢水中磷的吸附達到100min后吸附基本達到最大值；其后隨著吸附時間的延長，改性沸石對磷的去除率沒有明顯變化。因此，選取最佳吸附時間為100min。

3 吸附機理初探

天然沸石具有四面體骨架結構，其晶體內部有很多空穴和通道，使其具有大的比表面積(400～800 m2/g)和良好的吸附性能。

以硫酸改性沸石，可將天然沸石中的鐵、鋁、鎂、鈣離子等溶出，使沸石的孔道疏通，變成有許多孔洞的骨架，有利于吸附質分子的擴散。另外，PDMDAAC和陽離子型聚季銨鹽都是帶有大量正電荷的陽離子絮凝劑，兩者改性沸石后使其表面電性變為正，而廢水中的磷以帶負電的離子存在，正負相吸，從而提高了沸石對磷的去除率。

4 結論

(1) 沸石本身具有很強的吸附能力，用硫酸和高分子絮凝劑聚二甲基二烯丙基氯化銨和陽離子型聚季銨鹽改性后提高了沸石的吸附效能。

(2) 最佳試驗條件為改性沸石用量為6g/L、pH值為7、反應溫度20℃、吸附時間100min，改性沸石對磷的去除率達98%以上。

[1]李超,朱邦輝.沸石吸附處理含磷廢水的研究進展[J].廣東化工,2010,38(3):28-30.

[2]肖舉強,李玉金,鄭輝.沸石除磷性能研究[J].甘肅環境研究與監測,2003,9(3):252-254.

[3]唐啟祥.天然沸石的改性及除磷性能的實驗研究[J].陜西師范大學學報:自然科學版,2007,35(S2):82-85.

[4]孫興濱,韓金柱,潘華鑒.沸石的改性及除磷性能研究[J].哈爾濱商業大學學報:自然科學版,2010,26(2):161-164.

[5]周明達,張暉,邵凱,等.改性沸石處理含磷廢水的實驗研究[J].環境污染與防治,2005,27(2):137-138.

Study on Preparation of Modified Zeolite and Its Phosphorus Removal Performance

DENG Shu-ping
(Vocational and Technical College, Liaoning University of Petroleum ＆ Chemical Technology, Fushun 113001, China)

Zeolite was modified by macromolecular flocculant PDMDAAC、cationic polyquaternium(BT-3) and sulphuric acid.The effect of the dosage of modified zeolite, pH and the contacting time for dyeing wastewater were investigated. The results showed that the removal rate of arsenic can be over 98% with pH value 7, the dosage of modified zeolite was 6g/L and the adsorption time was 100min, reaction temperature was 20℃.

zeolite; modification; phosphorus; wastewater

P619.217;X701.1

A

1007-9386(2011)03-0044-02

2011-04-26