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天然沸石和ＮａＣｌ改性沸石對ＮＨ4+的物化作用機理

信息來源：濰坊沸石生物技術(shù)開發(fā)中心 作者：

  沸石對溶液中ＮＨ4+的物化作用包括物理吸附和離子交換。物理吸附作用主要由沸石表面的色散力、靜電力和毛細力等所產(chǎn)生;離子交換是由沸石晶體內(nèi)部陽離子與溶液中ＮＨ4+交換的化學過程。為確定實驗所用沸石對溶液中ＮＨ4+的物化作用機理,本研究通過靜態(tài)吸附實驗分析沸石與ＮＨ4+反應前后溶液中各種陽離子(ＮＨ4+、Ｋ+、Ｎａ+、Ｃａ2+、Ｍｇ2+)濃度的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn),實驗所用天然沸石和ＮａＣｌ改性沸石吸附氨氮的過程中釋放出來的陽離子主要是Ｎａ+和Ｃａ2+,沸石中的Ｋ+和Ｍｇ2+基本不參與交換;與天然沸石相比,ＮａＣｌ改性沸石中與ＮＨ4+交換的Ｎａ+量增加,與ＮＨ4+交換的Ｃａ2+量則降低。進一步對比分析天然沸石及ＮａＣｌ改性沸石與ＮＨ4+反應前后溶液中的總陽離子(ＮＨ4+、Ｋ+、Ｎａ+、Ｃａ2+、Ｍｇ2+)當量濃度,結(jié)果發(fā)現(xiàn)反應前與反應后溶液中的各陽離子當量濃度之和基本相等,符合等當量交換原則,說明離子交換作用決定了溶液中氨氮向天然沸石及ＮａＣｌ改性沸石的全部轉(zhuǎn)移量。沸石成分中硅鋁比對沸石的吸附性能影響較大,硅鋁比低,則鋁替代硅多,鋁氧(ＡｌＯ4)四面體所形成的負電荷多,為平衡沸石骨架的負電荷而進入孔道的陽離子亦多,因而沸石與ＮＨ4+的離子交換量亦大[18]。沸石的孔容積和比表面積大,沸石內(nèi)外表面的吸附點位增多，有利于吸附更多的ＮＨ4+[18]。Ｌｉａｎｇ等研究指出,ＮａＣｌ處理不僅會使沸石的硅鋁比下降,而且還會增加沸石的孔容積和比表面積,這可能是ＮａＣｌ改性沸石的氨氮吸附容量高于天然沸石的主要原因。Ｎａ+的離子半徑小,且性質(zhì)活潑,與Ｃａ2+相比沸石內(nèi)Ｎａ+更容易從孔中出來與溶液中ＮＨ4+發(fā)生離子交換[8,19]。ＮａＣｌ改性會增加沸石內(nèi)Ｎａ+并降低Ｃａ2+與溶液中ＮＨ4+的離子交換量,這可能是ＮａＣｌ改性沸石吸附氨氮速率高于天然沸石的主要原因。