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天然沸石和NaCl改性沸石对NH4+的物化作用机理

信息来源:潍坊沸石生物技术开发中心 作者:

 

  沸石对溶液中NH4+的物化作用包括物理吸附和离子交换。物理吸附作用主要由沸石表面的色散力、静电力和毛细力等所产生;离子交换是由沸石晶体内部阳离子与溶液中NH4+交换的化学过程。为确定实验所用沸石对溶液中NH4+的物化作用机理,本研究通过静态吸附实验分析沸石与NH4+反应前后溶液中各种阳离子(NH4+、K+、Na+、Ca2+、Mg2+)浓度的变化。结果发现,实验所用天然沸石和NaCl改性沸石吸附氨氮的过程中释放出来的阳离子主要是Na+和Ca2+,沸石中的K+和Mg2+基本不参与交换;与天然沸石相比,NaCl改性沸石中与NH4+交换的Na+量增加,与NH4+交换的Ca2+量则降低。进一步对比分析天然沸石及NaCl改性沸石与NH4+反应前后溶液中的总阳离子(NH4+、K+、Na+、Ca2+、Mg2+)当量浓度,结果发现反应前与反应后溶液中的各阳离子当量浓度之和基本相等,符合等当量交换原则,说明离子交换作用决定了溶液中氨氮向天然沸石及NaCl改性沸石的全部转移量。沸石成分中硅铝比对沸石的吸附性能影响较大,硅铝比低,则铝替代硅多,铝氧(AlO4)四面体所形成的负电荷多,为平衡沸石骨架的负电荷而进入孔道的阳离子亦多,因而沸石与NH4+的离子交换量亦大[18]。沸石的孔容积和比表面积大,沸石内外表面的吸附点位增多,有利于吸附更多的NH4+[18]。Liang等研究指出,NaCl处理不仅会使沸石的硅铝比下降,而且还会增加沸石的孔容积和比表面积,这可能是NaCl改性沸石的氨氮吸附容量高于天然沸石的主要原因。Na+的离子半径小,且性质活泼,与Ca2+相比沸石内Na+更容易从孔中出来与溶液中NH4+发生离子交换[8,19]。NaCl改性会增加沸石内Na+并降低Ca2+与溶液中NH4+的离子交换量,这可能是NaCl改性沸石吸附氨氮速率高于天然沸石的主要原因。