氯化鈉改性沸石吸附水中苯酚的研究

氯化鈉改性沸石吸附水中苯酚的研究

摘要在pH為5～7的條件下，經(jīng)氯化鈉改性后的鈉型沸石對水中的苯酚有較強的吸附能力，該吸附劑制備工藝簡單、價格低廉，可用于微污染含酚水的處理。

關鍵詞沸石苯酚微污染

StudyonAdsorptionofPhenolfromMicro-PollutedWaterbyModifiedZeolite

Abstract：ZeolitemodifiedbysodiumchloridehasgoodadsorptioncapacityforphenolunderlowconcentrationwithpHvaluerangingfrom5to7.Theabsorbentcanbeusedintreatmentofmicro-pollutedwaterwithphenol,anditwaslowinpriceandsimpleinmanufacture.

Keywords:zeolite;phenol;micropollution

對于微污染含酚水處理，活性炭吸附有一定效果，但活性炭價格較高，再生費用昂貴，且每次再生損耗高達5%～15%。沸石是一種天然廉價的多孔礦物質(zhì)，表面粗糙、比表面積大，吸附性能較強，用于處理氟、重金屬離子已有報道［1］。本文根據(jù)改性后沸石吸附苯酚的效果確定了合適的改性方法；研究了pH值、苯酚濃度、處理時間、沸石用量等對鈉型沸石吸附苯酚效果的影響；最佳條件下沸石處理低濃度含酚水的靜、動態(tài)試驗結(jié)果表明，改性沸石對低濃度的含酚水有良好的吸附效果。

1試驗部分

試驗材料

浙江縉云斜發(fā)沸石、甘肅白銀塊型斜發(fā)沸石，經(jīng)破碎、篩分取～mm顆粒。

改性劑：NaCl、CaCl2、NaOH均為分析純；苯酚：分析純。

改性沸石制備

在Φ=14mm的有機玻璃柱中裝入一定高度粒徑為～mm的沸石，改性劑以m/h的流速通過沸石層至離子交換較完全為止。

試驗方法

靜態(tài)試驗：

在250mL的三角帶塞燒瓶中加入120mL的苯酚溶液和g的沸石，25℃下以120r/min振蕩6h，取上清液測定其中苯酚的殘留量，計算出去除率。

動態(tài)試驗：

在Φ=14mm有機玻璃柱中裝入高度為m的沸石濾料，含污染物的溶液分別以2、4、6、8、10m/h的濾速通過吸附柱，分別取樣測定污染物殘留量。

苯酚的測定方法

水中苯酚含量的測定采用4-氨基安替比林分光光度法。

2結(jié)果與討論

改性劑的選擇

不同無機改性劑處理后的沸石對苯酚的去除效果如表1所示。

表1不同改性劑處理后沸石吸附苯酚效果參數(shù)白銀沸石

未改性白銀沸石

NaCl

(1mol/L)白銀沸石

NaOH

(1mol/L)白銀沸石

CaCl2

(1mol/L)原水苯酚濃度

去除率

由表1可知，經(jīng)NaCl(1mol/L)改性后的白銀沸石對苯酚的去除能力增強，且氯化鈉不會造成新的污染。因此確定NaCl(lmol/L)為較合適的改性劑，以下試驗均采用氯化納改性后的鈉型沸石。

吸附時間的影響

試驗結(jié)果如圖1所示，沸石對酚的去除率隨攪拌時間的延長而增加，20h基本達到平衡。說明沸石吸附苯酚是一個比較緩慢的過程，實際操作中應采用較低流速，使沸石與含酚水有較長的接觸時間，才能達到較好的吸附效果。其他部分試驗振蕩時間均為6h,因此去除率較低，但影響規(guī)律不變。

pH值的影響

用鈉型沸石測定pH值對除苯酚效果的影響，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，縉云沸石的除苯酚效果高于白銀沸石，pH值越小效果越好。顯然，沸石去除水中苯酚的效果與苯酚的存在形態(tài)有關，以C6H6OH分子形態(tài)存在時，沸石對其具有較強的吸附能力。在堿性條件下，沸石對苯酚的吸附能力較弱，因此可用堿液再生飽和吸附后的沸石。

沸石用量的影響

由表2可以看出，在一定范圍內(nèi)，沸石用量增加，苯酚去除率也增加，但并非用量越多去除率越高。同時，由處理前、后溶液pH值的變化可知，隨著沸石用量增加，處理后溶液pH值升高，去除率下降。

表2沸石用量對去除率的影響沸石用量

白銀沸石縉云沸石開始

PH值終止

PH值苯酚去除率

開始

PH值終止

PH值苯酚去除率

注：原水苯酚濃度為300μg/L

苯酚溶液濃度的影響

苯酚溶液(pH=)濃度對吸附容量的影響如圖3所示。

可見沸石對于低濃度含酚水有較好的吸附效果，因此對于用生化法和化學法難以進行深度處理的低濃度含酚水，可以采用鈉型沸石物理吸附法進行有效處理。

改性沸石去除苯酚動態(tài)試驗

為便于實際生產(chǎn)，進行了動態(tài)吸附試驗。吸附柱高m，鈉型沸石層高m，分別采用2、4、6、8、10m/h五種不同流速順流經(jīng)過吸附柱后，取樣測定結(jié)果如表3所示。經(jīng)比較，采用低流速吸附效果較好；縉云沸石吸附性能優(yōu)于白銀沸石。

表3不同流速時兩種沸石對苯酚的去除率流速白銀沸石去除率縉云沸石去除率注原水苯酚濃度為300μg/L

模擬水樣處理結(jié)果

取黃河水分別加少量不同體積苯酚標準使用液，經(jīng)混凝、沉淀，分別取上清液120mL，加縉云沸石2g，靜態(tài)吸附10h后，測定結(jié)果如表4所示。由表可以看出，沸石對實際水樣有良好的去除效果。

表4鈉型縉云沸石處理黃河水試驗結(jié)果處理前濃度處理后濃度去除率

3機理探討

沸石的基本結(jié)構(gòu)為［(Si,Al)O4］四面體通過角頂聯(lián)結(jié)而成的架狀多孔晶體結(jié)構(gòu)，中心為原子的四面體部分因靜電平衡帶有陽離子，具有離子交換功能。沸石晶格內(nèi)部有大量的孔穴通道，使得沸石比表面積巨大，孔穴中陽離子的存在使其具有靜電吸引力，因此沸石具有優(yōu)良的吸附性能。

天然沸石經(jīng)過適當?shù)奈锢砘瘜W方法改性后，可提高其吸附性能和離子交換作用。本文采用三種不同的無機試劑對沸石進行處理后其比表面積和孔徑測定結(jié)果見表5，說明可以通過無機改性劑使原有封閉孔道暢通，或改變陽離子類型使靜電場發(fā)生變化。經(jīng)NaCl(1mol/L)改性后沸石比表面積和孔徑都有增大，有利于提高沸石吸附苯酚的性能，但白銀沸石經(jīng)CaCl2改性后，孔徑減小，限制了苯酚進入沸石內(nèi)表面，吸附苯酚效果下降。表5沸石改性前后比表面積合孔徑變化參數(shù)A沸石

未改性A沸石

NaCl

(1mol/L)A沸石

NaOH

(1mol/L)A沸石

CaCl2

(1mol/L)比表面積孔徑

由于靜電力的作用，沸石對極性、易極化分子有較強的吸附作用，是一種極性吸附劑。沸石對有機物的吸附能力決定于有機物分子的極性、大小，極性分子較非極性分子易被吸附；直徑越大，進入沸石孔穴的機會就越小。通過無機鹽改性劑改變沸石晶體結(jié)構(gòu)中陽離子使靜電場加強，對于含極性基團(-OH)的物質(zhì)苯酚，沸石對其吸附作用會增大。

在水中由于存在其他物質(zhì)或離子，在吸附時就會有競爭現(xiàn)象，由pH值對沸石吸附苯酚效果的影響可知，該吸附過程與苯酚的存在形態(tài)有關，pH值較高時去除率很低，可能是OH-和C6H6O-存在競爭吸附