沸石是一類具有骨架結構的多孔水合鋁硅酸鹽礦物,硅氧四面體是其基本單元,由于其Si4的一部分被Al3代替,為了中和負的一價氧離子,將有相應的金屬陽離子。當添加到其中時,這些弱連接到晶格的堿金屬(堿土金屬)和水分子很容易與周圍水溶液中的陽離子交換,因此沸石具有良好的離子交換選擇性。另外,由于沸石具有連接方法不同的硅(鋁)氧四面體結構,因此在沸石中形成大量規則的孔穴。由于其表面積大,大量分子進入其中,因此具有良好的吸附性能,目前天然沸石已被廣泛用于污水處理。本文以天然斜發沸石為例,介紹其對氨氮的吸附性能。
天然沸石對氨氮的吸附是一個快速吸附和緩慢平衡的過程,在將沸石投入水中啟動前的3h,沸石對廢水中氨氮的吸附率隨時間的增加而迅速增加,斜發沸石的去除率達到92.71%,進一步延長了反應時間,時間吸附速率緩慢增加。這是因為當斜發沸石吸附溶液中的NH4飽和時,溶液中會發生離子交換和吸附平衡。此時,延長時間不會大大增加氨的去除率,直到7小時后氨氮被去除為止。此時,可以認為沸石的吸附是飽和的,其氨氮的去除率為93.61%,因此選擇吸附時間為3h。
當斜發沸石的劑量從2g/100mL增加到7g/100mL時,氨氮的去除率從60.30%增加到92.71%,單位質量的斜發沸石的氨氮去除率從6.03mg/g降低到2.65毫克/克可以看出,當溶液中氨氮含量恒定時,開始增加斜發沸石的量可以大大提高去除率,但是當溶液中氨氮的去除率增加到一定量時,則可以增加去除量。斜發沸石在這個時候。氨氮的去除率影響很小。當斜發沸石的用量為7g/100mL時,氨氮的殘留濃度為14.58mg/g,低于國家一級排放標準(GB18918-2002),因此是可以滿足排放標準。
并且,研究人員熱力學計算表明斜發沸石對氨氮的吸附是一個自發的吸熱過程,范圍為298至318K。ΔG在20至0kJ/mol之間,表明斜發沸石對氨氮的吸附主要由物理吸附決定。