沸石吸附污水中磷素的影響因素研究

沸石吸附污水中磷素的影響因素研究

作為一種吸附劑，粘土具有豐富的儲量、低價、高吸附容量、易于回收等優(yōu)點，因此引起了人們的注意。近年來,利用粘土礦物吸附去除污水中氮、磷及重金屬污染物的研究越來越多。天然沸石是多孔性含水硅鋁酸鹽晶體,其結(jié)晶構(gòu)造主要由四面體組成,構(gòu)架中有一定孔徑的空腔和孔道,這種獨特的內(nèi)部結(jié)構(gòu),決定了其具有良好的吸附性能。目前已被廣泛用來吸附去除水體中的氨氮和重金屬離子,并取得了良好的凈化效果1實驗部分1.1研磨法x射線熒光法沸石取自浙江縉云天然沸石礦的斜發(fā)沸石,洗凈、干燥后,研磨成30目、60目和100目備用,其礦物成分經(jīng)X射線熒光分析,主要為SiO1.2等溫吸附實驗稱取60目的沸石2g,置于250mL具塞錐形瓶中,分別加入50mL由0.02mol/L的KCl溶液配置的不同磷濃度的KH1.3kh法配制磷稱取60目沸石2g置于250mL的具塞錐形瓶中,加入50mL由0.02mol/L的KCl溶液配制的磷濃度為12mg/L的KH式中,c2結(jié)果與討論2.1frewellingfirs方程固體吸附劑對水溶液中磷素的等溫吸附現(xiàn)象,常用Freundlich和Langmuir方程來描述。Freundlich和Langmuir方程的表達式分別為:式中,X為平衡吸附量mg/kg;X雖然Freundlich方程和Langmuir方程都適合描述沸石對磷素的等溫吸附特征,但從相關(guān)系數(shù)來看,Langmuir方程的描述更為準確,這與文獻報道的結(jié)論相一致2.2初始溶液濃度對初始溶液濃度的影響不同初始溶液濃度條件下,沸石對磷素的吸附動力學特征如圖1所示。在吸附作用的初始階段,沸石吸附量隨時間顯著上升,此后逐漸趨于平緩,直至吸附平衡,顯示出“快速吸附,緩慢平衡”的特點。相同條件下,沸石對磷素的吸附量隨初始溶液濃度的升高而增大,初始溶液濃度從6mg/L增加到12mg/L和18mg/L時,平衡吸附量相應(yīng)地從57.3mg/kg增加到61.2mg/kg和83.0mg/kg,增加了6.8%和44.9%。初始溶液濃度是影響吸附作用的主要因素之一。溶液濃度越高,可供沸石吸附的磷素越多;同時溶液本體與沸石外表面液膜之間的濃度差越大,可導致磷素向沸石表面遷移的動力增大,因此,增大溶液濃度有利于提高磷素吸附量。從圖1還可以看出,初始溶液濃度越高,吸附作用進行的越緩慢,達到吸附平衡所需的時間越長,初始濃度為6mg/L和12mg/L時,吸附平衡時間約為20h,初始濃度為18mg/L時,吸附平衡時間則超過48h。2.3沸石粒徑對吸附作用的影響圖2反映了不同粒徑條件下,沸石對磷素的吸附動力學特征。30目、60目和100目條件下,沸石對磷素的平衡吸附量分別為58.6mg/kg、61.2mg/kg和63.7mg/kg?？梢?隨著粒徑的減小,沸石對磷素的吸附量逐漸增大,但沸石粒徑從30目減小到60目和100目時,其對磷素的平衡吸附量僅增加了4.4%和8.8%,表明,粒徑大小對沸石磷素吸附量的影響并不大。相反,粒徑大小對吸附平衡時間的影響比較顯著,粒徑越小,吸附作用進行的越快,達到吸附平衡所需的時間越短,100目時,沸石對磷素的吸附平衡時間約為10h,與30目時(吸附平衡時間為28h)相比,縮短了18h。這是因為:粒徑大小對吸附劑的比表面積和吸附質(zhì)的擴散速率都有影響,粒徑越小,吸附劑的比表面積越大,吸附質(zhì)的擴散速率也越大,對吸附越有利。2.4溫度對磷素穩(wěn)定性的影響由圖3可見,溫度對沸石的磷素吸附量和吸附平衡時間都有影響。溫度越高,沸石對磷素的吸附量越大,35℃時,沸石對磷素的平衡吸附量為73.99mg/kg,比5℃、15℃和25℃條件下分別提高了78.9%、45.3%和20.9%。在5℃和15℃條件下,吸附平衡時間約為8h,而在25℃和35℃條件下,吸附平衡時間略長,約為12h。溫度對吸附作用的兩個階段-顆粒外部擴散階段和顆粒內(nèi)部擴散階段都有影響。在吸附作用過程中,溶液中磷素首先需要克服吸附劑顆粒周圍液膜的阻力,擴散到吸附劑的外表面,然后才能向吸附劑的細孔深處擴散。升高溫度,不僅使得溶液中磷素克服沸石表面液膜阻力的能力增強,而且有利于沸石表面吸附的磷素沿沸石微孔向其內(nèi)部遷移,使可供使用的表面吸附位增多。另外,溫度升高還可能使一些在低溫下不易發(fā)生的反應(yīng)得以進行。因此,隨著溫度的升高,沸石對磷素的吸附量增加。2.5沸騰石磷素吸附動力學分析固體吸附劑對水溶液中磷素的吸附動力學過程可以用準二級動力學來描述積分后其線性表達式為:式中,k可以看出,t/q3沸石對磷素的等溫吸附動力學Langmuir方程比Freundlich方程能更好地描述沸石對磷素的等溫吸附特征,25℃時,60目沸石對磷素的Langmuir最大飽和吸附量為101.01mg/kg。初始溶液濃度越高,沸石對磷素的吸附量越大,吸附平衡時間越長。隨著沸石粒徑的減小,其對磷素的吸附量增大,吸附平衡時間縮短。升高溫度,