、改性沸石吸附除磷性能及機制比較

、改性沸石吸附除磷性能及機制比較

頻繁的富營養(yǎng)化是中國湖泊常見的問題。針對面源污染和河湖修復的主要特點,吸附法因其實施簡單、效果明顯、無二次污染等優(yōu)點備受關注。天然沸石的晶體結構是由硅(鋁)氧四面體連成三維的格架,格架中有各種大小不同的空穴和通道,具有很大的開放性。早期在水處理的研究中發(fā)現(xiàn)其可以作為吸附劑吸附廢水中的磷和氨。但是,直接應用沸石材料吸附容量較小,處理效果不太明顯。為此,需要對沸石進行改性以提高其吸附容量。稀土被稱作工業(yè)的維生素。由于其具有優(yōu)良的光電磁等物理特性,能與其他材料組成性能各異、品種繁多的新型材料基于以上的分析,本文以沸石為載體分別以La和Ce改性制備改性吸附劑。評價了改性沸石對磷的去除能力及其機制,深入分析了二者的異同。1材料和方法1.1細篩粉碎液的制備實驗選用的天然斜發(fā)沸石商業(yè)途徑購得,主要化學成分如表1所示。使用前過1mm細篩篩分,經去離子水洗滌3次后,在105℃烘箱(DHG-9240A,上海榮豐)中烘干。實驗使用試劑La(NO1.2磁馬法改性沸石采用浸漬法。準確稱取30g沸石置于燒杯中,加入100mL去離子水,攪拌均勻。以稀土元素與沸石比例為0.05,將La或Ce的化合物放入磁力攪拌器中溶解并攪拌至混合均勻。采用pH計(WTW340i型,德國)監(jiān)測,滴加2mol·L1.3靜態(tài)吸附和去磷實驗稱取烘干的2g稀土改性沸石顆粒置于錐形瓶中,加入100mL磷濃度為20mg·L1.4吸附體積計算公式磷的測量依據(jù)標準方法式中:Q1.5吸附動力學模型為研究改性沸石的吸附機制及吸附速率控制步驟偽一級動力學方程:偽二級動力學方程:式中:q1.6沸石改性前后比表面積、孔容和孔徑的測定沸石改性前后的表面形貌分析在加速電壓為15.0kV下,用掃描電子顯微鏡(SEM,HitachiS-4800,日本日立)觀察。使用比表面積分析儀(BET,ASAP2000型,美國Micromeritics公司)測定吸附劑的氮氣吸附-脫附等溫線并通過BET方程計算沸石改性前后的比表面積、孔容和孔徑。使用X射線衍射儀(XRD,RigakuD/max-2400型,日本理學)分析沸石改性前后的物相與晶型的變化。X射線衍射條件為最大功率18kW,銅靶(CuKα),X射線波長為0.154178nm,掃描步寬為0.02°。2結果與討論2.1改良版的除磷性能以未改性的天然沸石作為對照,研究了稀土改性沸石對磷的吸附曲線(圖1)。沸石的最大吸附量為0.0398mg·g2.2天然沸石的吸附速率為進一步研究La改性沸石和Ce改性沸石在除磷過程中的異同,分別采用偽一級動力學方程和偽二級動力學方程對La改性沸石和Ce改性沸石的靜態(tài)吸附實驗數(shù)據(jù)進行擬合,擬合結果見圖2。從圖中可以看出,對比天然沸石稀土改性的沸石對磷的吸附速率顯著提升。從擬合結果可以看出,偽一級動力學方程(R2.3表面粗糙度程度掃描電鏡(SEM)觀察了La或Ce負載到沸石上面的形態(tài)(圖3)。在1萬倍的放大倍數(shù)下觀察天然沸石的表面光滑有光澤,結構緊密,表面雜質較多。經過La或Ce的改性,沸石的表面形貌特征明顯發(fā)生了變化,原本光滑的沸石表面變得粗糙,上面覆蓋了一層粒徑遠小于6μm的分布均勻的微粒,覆蓋層較薄且較為松散。猜測是La或Ce以某種晶體的形式分別覆蓋在了沸石的表面。相比較La的負載表面,Ce的負載表面的粗糙程度更大。而且表面堆積呈現(xiàn)新的空洞。根據(jù)能譜分析結果顯示,La改性沸石中La的含量由0增加到5.81%,Ce改性沸石中Ce的含量由0增加到6.74%,Ce的含量略高于La的含量。電鏡與能譜分析結果表明La和Ce都很好地負載到了沸石上。La和Ce含量的增加,導致沸石對磷的吸附量有了大幅度的提高。從負載量上分析,Ce的含量高于La的含量可能是導致Ce改性沸石對磷的吸附量高于La改性沸石的原因。2.4改性沸石與天然沸石的比較天然沸石、La改性沸石和Ce改性沸石的BET分析結果見表3。從表中可以看出,La改性沸石的比表面積、孔容積和孔徑相對于沸石無明顯變化。La改性沸石的比表面積略小于天然沸石。Ce改性沸石的比表面積和孔容是沸石和La改性沸石的將近2倍,而孔徑相對于天然沸石無明顯變化。通常沸石內部孔穴所占體積約為總體積的40%~50%,孔徑多在10nm以下2.5改性沸石的制備XRD衍射圖譜分析稀土改性的沸石的晶體見圖4。天然沸石的衍射峰峰型尖銳,強度大,結晶完好。沸石經過La的改性,衍射峰數(shù)量無明顯改變,兩條主峰峰形變弱,左側一條主峰向右偏移。通過與標準卡片進行對比,發(fā)現(xiàn)沸石經過La改性,La與沸石形成了新的晶型為LaAl(SO3改性沸石的表征1.經過La和Ce的改性,沸石對水中磷的吸附量提高了近10倍。其中,Ce改性沸石在吸附能力上略優(yōu)于La改性沸石。動力學方程擬合結果表明,La改性沸石對磷的吸附更符合偽二級動力學方程,鈰改性沸石對磷的吸附符合偽一級動力學方程。2.SEM、能譜分析、物理性質分析結果表明,La和Ce均很好地負載在了沸石表面,并未進入沸石的孔徑內部,且Ce