壳聚糖改性4A沸石分子筛颗粒去除低温水中硝酸盐的机理研究

为解决我国北方严寒地区常规工艺难以有效去除低温地下水中硝酸盐污染的问题,以4A沸石分子筛为载体,通过壳聚糖改性制备出一种具有低温去除水中硝酸盐功能的吸附颗粒,有望作为吸附剂应用于常规水处理工艺的提标改造.通过小试试验,研究壳聚糖改性4A沸石分子筛颗粒去除低温水中硝酸盐的反应机理,分析其去除硝酸盐过程的吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学,并通过pH_(PZC)(零电点)测定、FT-IR (傅里叶红外光谱)和XPS (X射线光电子能谱)进一步分析其反应前、后表面物化特性.结果表明:①在温度为8～10℃下,壳聚糖改性4A沸石分子筛颗粒对硝酸盐的吸附平衡时间为8 h,平衡吸附量为1. 88 mg/g.②吸附过程符合准二级动力学模型,吸附符合Langmuir和Freundlich吸附等温模型,吸附热力学参数ΔG^0<0、ΔH^0>0、ΔS^0> 0,表明吸附为熵增加的吸热过程.③壳聚糖改性4A沸石分子筛颗粒的pH_(PZC)为10. 0,FT-IR结果表明,—NH2和—OH官能团吸附了水中的硝酸根离子,XPS结果表明,N(1s)和O(1s)元素在吸附过程中参与反应.研究显示,壳聚糖改性4A沸石分子筛颗粒分子结构中的—NH2和—OH基团通过静电结合和氢键作用与硝酸根离子进行吸附反应.

响应面法优化壳聚糖/沸石分子筛吸附工艺

目的确定壳聚糖/沸石分子筛去除氨氮和硝酸盐氮的最佳投加量和最佳吸附时间,并建立吸附模型,同时验证模型的准确度.方法通过响应面(Response Surface M ethodology)试验设计方法,分析壳聚糖/沸石分子筛吸附颗粒对氨氮与硝酸盐氮去除的最佳投加量和最佳吸附时间.结果响应面法优化所得的最佳工艺条件为:壳聚糖/沸石分子筛投加量为6. 5～7. 0 g/L,吸附时间为6. 0～6. 5 h,在此条件下,原水中氨氮与硝酸盐氮的去除率达到最大,分别为80. 2%与40. 5%.试验结果与模型预测值相近,理论值与实测值相对误差均不超过2%.结论响应面法优化壳聚糖/沸石分子筛吸附氨氮和硝酸盐氮工艺参数合理.该新型吸附颗粒制备过程简单,操作方便,并能达到同步去除水中氨氮与硝酸盐氮的效果,可作为新型滤料用于北方地区水厂的提标改造.

硫酸铝壳聚糖改性沸石分子筛除氟的性能研究

使用硫酸铝壳聚糖改性沸石分子筛复合吸附颗粒(简称复合吸附颗粒)去除水中的F^-,控制颗粒投加量、时间、pH值与温度优化最佳工艺条件,研究复合吸附颗粒吸附性能,并通过SEM、EDS和FTIR对吸附剂的结构和形貌进行分析。结果表明,投加量、时间和pH值为影响复合吸附颗粒除氟的主要因素。吸附F^-的过程符合准二级动力学模型,拟合系数为0. 999 9,Freundlich吸附等温线可以更好地描述对F^-的吸附,吸附热力学中吉布斯自由能和焓均小于0,表明吸附F^-的过程是自发放热过程。复合吸附颗粒对F^-具有良好的吸附效果,可实现饮用水的脱氟净化。

沸石分子筛/微米氧化锆复合颗粒的制备与性能

为解决东北地区地下水低温高氟问题,采用试验室自制的沸石分子筛/微米氧化锆(简称Z-MZ)复合吸附颗粒去除水中F-,通过优化工艺条件确定其最佳制备方法,并利用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、比表面积(BET)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)分析表面物化特性。结果表明,Z-MZ最佳制备条件为:盐酸质量分数8%,微米氧化锆与沸石分子筛的质量比为0.8∶1,制备温度10℃,制备时间10 h。制得的Z-MZ对F-吸附量达到0.35 mg/g,去除率达到93.99%。通过SEM可观察到Z-MZ表面有较多凸起,比表面积为24.606 m2/g,FTIR结果表明,微米氧化锆的特征官能团Zr-O、Zr-OH已存在于该复合颗粒中;XRD分析表明,沸石分子筛在嵌入微米氧化锆微粒后其晶相发生了改变。

生物滤层处理铁锰氟共存地下水的研究

针对东北某地区地下水存在铁锰氟超标问题,采用生物法进行处理,考察了不同时期氟离子对生物滤层的除铁锰效果以及生物滤层在不同影响因素条件下的除氟性能。试验结果表明,氟离子的存在提高了生物滤层的除铁锰能力,石英砂滤料和混层滤料对铁的去除率分别达到89%和92%以上,对锰的去除率分别达到80%和83%以上;生物滤层初期的除氟性能较好,石英砂滤料和混层滤料对氟的去除率分别达到73.46%和82.45%;氟的去除率随着进水铁锰浓度的增加而增大;滤速6m/h时,生物滤层的除氟效果最佳。

滤层接种混合细菌除铁除锰的研究

东北地区的地下水大都存在铁锰等金属超标的情况。采用生物滤层接种混合细菌法,探究了启动周期对石英砂滤料和混层滤料除铁锰效果的影响。结果表明:接种混合细菌的石英砂滤料和混层滤料对含铁锰地下水均有较好的处理效果。石英砂滤料对锰的去除率为97. 00%,滤层的成熟期为47 d;混层滤料对锰的去除率为97. 99%,滤层的成熟期为35 d;两种滤料均能在较短的成熟期内达到良好的铁去除效果。

壳聚糖/沸石分子筛复合吸附颗粒的制备与性能

采用实验室自制壳聚糖/沸石分子筛复合吸附颗粒用于处理水中NH_4^+-N和NO_3^--N,通过优化工艺条件确定最佳壳聚糖/沸石分子筛复合吸附颗粒制备方法,并利用SEM、比表面积(BET)、FTIR和XPS分析壳聚糖/沸石分子筛复合吸附颗粒表面物化特性。结果表明:壳聚糖/沸石分子筛复合吸附颗粒最佳制备条件为:乙酸浓度为4vol%,壳聚糖浓度为7g/L,振荡时间为10h,振荡温度为30℃。制得的壳聚糖/沸石分子筛复合吸附颗粒对NH_4^+-N和NO_3^--N的吸附量分别达到0.636mg/g和1.952mg/g,去除率分别为81.60%和40.28%。壳聚糖/沸石分子筛复合吸附颗粒表面形貌呈现较多凸起和微孔,比表面积为391.52m2/g。FTIR分析结果表明,壳聚糖特征官能团—NH2和—CH3已负载于沸石分子筛的基本骨架中。XPS分析结果表明,元素O1s在壳聚糖与沸石分子筛的连接过程中起主要作用,该研究成果可为北方严寒地区净水厂的提标改造提供理论依据。

微米氧化锆/沸石分子筛处理高氟地下水的研究

为解决北方地区高氟地下水污染问题,采用微米氧化锆/沸石分子筛作为吸附剂,考察了吸附时间、pH值、吸附温度对微米氧化锆/沸石分子筛吸附F^-的影响,并对吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学等进行了研究。结果表明:微米氧化锆/沸石分子筛在吸附时间为8 h、pH值为5~7、温度为10~25℃条件下对地下水中F^-有较好的去除效果;Lagergren准二级动力学模型可以更好地描述微米氧化锆/沸石分子筛吸附F^-的动力学行为(R^2=0.9999);Freundlich吸附等温线模型可以更准确地描述F^-吸附特性,即多层吸附;吸附热力学表明微米氧化锆/沸石分子筛对水中F^-的吸附是一种自发进行的吸热反应,温度升高有利于吸附反应的进行。