改性沸石制备及除磷性能研究

邓书平

（辽宁石油化工大学职业技术学院，辽宁 抚顺 113001）

改性沸石制备及除磷性能研究

邓书平

（辽宁石油化工大学职业技术学院，辽宁 抚顺 113001）

采用硫酸、高分子絮凝剂聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)和阳离子型聚季铵盐对沸石进行改性，考察了改性沸石投量、pH值、吸附时间对处理效果的影响。结果表明：改性沸石用量为6g/L、pH值为7、吸附时间100min、反应温度为20℃，废水中磷的去除率可达98%以上。

沸石；改性；磷；废水

磷是引起水体富营养化的主要元素之一，据调查，总氮大于0.2mg/L、总磷大于0.02mg/L时，水体就开始出现富营养化。水体出现富营养化后藻类和浮游生物急剧增殖，水体溶解氧下降，水质恶化，并造成鱼类及其他水中生物大量死亡。如近年来，滇池、太湖、巢湖等连续发生的蓝藻污染事件，因此，废水中磷的控制已越来越受到人们的关注。目前，常用的除磷方法主要有沉淀法、混凝法、生物法、氧化塘、吸附与离子交换法[1-2]。其中，生物除磷反应速度慢、工艺复杂，且难于保证出水水质，化学沉淀法存在化学污泥难于处理等诸多缺陷。

采用沸石吸附法处理含磷废水不仅可以回收磷，变废为宝，而且在工艺上还具有占地面积小、工艺简单、操作方便的优点。本文采用硫酸、聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)和阳离子型聚季铵盐对沸石进行改性处理，提高其吸附性能，用改性沸石处理含磷废水，取得了良好效果。

1 材料及方法

1.1 材料及试剂

采用的天然沸石化学成分(%)：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铵(PDMDAAC)：外观无色或淡黄色粘稠液体。

阳离子型聚季铵盐：甲醛与有机胺的缩合物，固含量>50%，ρ=1.28×103kg/m3。由山东滨州嘉源环保有限责任公司提供。

稀硫酸、氢氧化钠、磷酸二氢钾、抗坏血酸、钼酸铵、酒石酸锑，均为化学纯试剂。

1.2 仪器与设备

7230G型分光光度计、D-8401型多功能电动搅拌器、FA1104电子天平、pH-25型酸度计、DKS26恒温水浴锅、DHG-9203A台式电热恒温鼓风干燥箱。

1.3 改性沸石的制备

1.3.1 沸石预处理

先将天然沸石浸泡再洗净风干，在300℃条件下对天然沸石进行活化2h，之后研磨过100目筛，备用。

1.3.2 沸石改性

向天然沸石中加入5%的稀硫酸，在70℃下缓慢搅拌2h，过滤，用蒸馏水洗涤至中性，真空抽滤并烘干，再向酸改性沸石中加入适量PDMDAAC和阳离子型聚季铵盐，在50℃左右下缓慢搅拌60min，真空抽滤，烘干，研磨过100目筛，制成改性沸石[3]。

1.4 测定方法

在烧杯中加入模拟含磷废水及改性沸石，在室温下振荡吸附，静置，取上清液，采用《钼酸铵分光光度法检测总磷》(GB11893-89)测定废水中的总磷含量，并按下式计算磷的去除率：

式中：c为处理前废水中磷浓度，mg/L；ce为处理后废水中磷浓度，mg/L。

2 结果与讨论

2.1 天然沸石和改性沸石对磷的吸附效果的比较

由于生活废水的温度为10～25℃，其中磷的浓度大多在5mg/L以下，因此试验温度确定为20℃，pH为中性条件下，分别在1 000mL浓度为5mg/L含磷废水中加入等量天然沸石和改性沸石振荡吸附，考察两种沸石对磷的吸附能力[4]，结果如图1所示。

由图1可知，随振荡时间增加，天然沸石和改性沸石对磷的吸附趋势基本相似，但改性沸石对磷的去除率远高于天然沸石。

2.2 改性沸石用量对磷去除效果的影响

在20℃、pH值为中性的条件下，分别向6个1 000mL含磷废水中加入不同量的改性沸石，振荡吸附，测定废水中磷的含量，结果如图2所示。

由图2可以看出，改性沸石用量为6g/L时，磷的去除率达98.4%，此时磷的剩余浓度为0.08mg/L，低于国家含磷废水污染物排放标准(0.1mg/L)。

2.3 pH值对磷去除效果的影响

在20℃、改性沸石加入量为6g/L件下，振荡吸附，考察废水在不同pH值下改性沸石对磷去除效果的影响，结果见图3。

由图3可以看出，含磷废水pH值=7时，磷去除率最高，当pH值大于7时磷去除率略有下降。由此可见，改性沸石适于处理呈中性的含磷废水。

2.4 吸附时间对磷去除效果的影响

在20℃、改性沸石加入量为6g/L，pH值为7的条件下，考察不同吸附时间对磷去除效果的影响[5]，结果如图4。

由图4可以看出，改性沸石对废水中磷的吸附达到100min后吸附基本达到最大值；其后随着吸附时间的延长，改性沸石对磷的去除率没有明显变化。因此，选取最佳吸附时间为100min。

3 吸附机理初探

天然沸石具有四面体骨架结构，其晶体内部有很多空穴和通道，使其具有大的比表面积(400～800 m2/g)和良好的吸附性能。

以硫酸改性沸石，可将天然沸石中的铁、铝、镁、钙离子等溶出，使沸石的孔道疏通，变成有许多孔洞的骨架，有利于吸附质分子的扩散。另外，PDMDAAC和阳离子型聚季铵盐都是带有大量正电荷的阳离子絮凝剂，两者改性沸石后使其表面电性变为正，而废水中的磷以带负电的离子存在，正负相吸，从而提高了沸石对磷的去除率。

4 结论

(1) 沸石本身具有很强的吸附能力，用硫酸和高分子絮凝剂聚二甲基二烯丙基氯化铵和阳离子型聚季铵盐改性后提高了沸石的吸附效能。

(2) 最佳试验条件为改性沸石用量为6g/L、pH值为7、反应温度20℃、吸附时间100min，改性沸石对磷的去除率达98%以上。

[1]李超,朱邦辉.沸石吸附处理含磷废水的研究进展[J].广东化工,2010,38(3):28-30.

[2]肖举强,李玉金,郑辉.沸石除磷性能研究[J].甘肃环境研究与监测,2003,9(3):252-254.

[3]唐启祥.天然沸石的改性及除磷性能的实验研究[J].陕西师范大学学报:自然科学版,2007,35(S2):82-85.

[4]孙兴滨,韩金柱,潘华鉴.沸石的改性及除磷性能研究[J].哈尔滨商业大学学报:自然科学版,2010,26(2):161-164.

[5]周明达,张晖,邵凯,等.改性沸石处理含磷废水的实验研究[J].环境污染与防治,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