试论enrc制备及吸附特性研究

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1、THERESEARCHoNPREPARATIONANDCHARACTERISTICSOFEFFICIENTNITROGENREMoVALCOMPoSITEADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYZhangWeiSupervisedby、ProfessorWangShi—heDepartmentofCivilEngineering一SoutheastUniversityNovember2009东南大学学位论文独创性本人声明所呈交的学位论文是

2、我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：—l牝日期：2竺／东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布

3、(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：兰垒秘师签名：趁日期：妞I／摘要ENRC制备及吸附特性研究氮是导致水体富营养化的主要因素，当水体pH值接近中性时，NH4+是氨氮的主要存在形式。天然沸石因比表面积大，离子交换性好，对水体中的氨氮具有很好的去除效果，且价廉易得。因此，利用天然沸石研究开发高效复合脱氮材料(EfficientNitrogenRemovalComposite，简称ENRC)是当今减少氨氮排放，控制水域富营养化的有效措施之一．本文研究内容如下：1)选用天然沸石作为脱氮基材。通过静态吸附试验对天然粉末状

4、沸石吸附氨氮的动力学、热力学和影响因素进行研究。结果表明，天然粉末状沸石对氨氮的吸附过程宜以langmuir吸附模型描述，其过程为物理吸附和离子交换相结合的吸热过程，且为自发反应，对温度是轻度敏感的，吸附过程符合准二级动力学模型。整个过程表现出“快速吸附，缓慢平衡”的特点，沸石投加量越大，粒径越小，氨氮去除率越高。溶液初始pH=4．-6时天然粉末沸石对氨氮的去除效果较好，其它阳离子对沸石吸附氨氮的影响顺序为：K+>Na+>Ca2+>M92+；水体中的溶解性磷对沸石吸附氨氮的影响不大。2)通过对比试验，证明了盐改性沸石的脱氮效果最好，最佳改性条件为：NaCI溶液浓度Im

5、ol／L，水浴温度70。C，体积质量比20mVg，水浴时问3h。改性沸石对氨氮的吸附更符合Freundlich模型，吸附过程介于单层吸附和多层吸附之间。改性沸石对氨氮的吸附量明显高于天然沸石，吸附平衡时间在2011左右，整个过程符合准二级动力学模型。经济分析表明，改性成本过高，工程应用的可行性较低。3)采用冷法制备ENRC的最佳条件为：沸石粒径45—70目，沸石和水泥的质量比4：l，植物发泡剂投加量ImL／1009。采用热法制备ENRC的最佳条件为：沸石粒径100-200目，植物发泡剂投加量ImtJl009沸石，粘结剂水玻璃投加量10％(占沸石质量)，预热温度500℃

6、，预热时间30rain，烧结温度650"C，烧结时间10min．4)初始氨氮浓度为2-200mg／L时，Freundlich方程更适合描述天然粒状沸石对氨氮的吸附特征(r2>0．97)，而初始氨氮浓度为l～10mg／L时，粒状沸石对氨氮的吸附过程可用Langmuir模型来描述(，=o．9401)。温度越高，粒径越小，沸石吸附能力越强，吸附过程符合准二级动力学模型。5)冷法制备ENRC对氨氮的等温吸附过程可用Langmuir模型描述，而热法制备ENRC更符合Freundlich吸附模型。天然粒状沸石对氨氮饱和吸附容量远高于冷法ENRC(d咚1．4755mg／g)，而热法

7、ENRC的饱和吸附容量(：--9．1158mg／g)只略低于天然粒状沸石。初始氨氮浓度为10mg／L时，冷法ENRC达到吸附平衡所需的时间在40h左右，热法ENRC在60h左右，两种材料的吸附过程均符合准二级动力模型(r2>0．99)。关键词：沸石，氨氮，改性，吸附，离子交换，制备东南大学硕士学位论文THERESEARCHONPREPARATIoNANDCHARACTERISTICSOFEFFlCIENTNITROGENREMoVALCOMPOSITEAbstractNitrogenisthekeynutrimentalelementarisingw