[发明专利]一种用于提升水体氨氮去除率的天然沸石多功能改性方法

说明书

本发明公开了一种用于提升水体氨氮去除率的天然沸石多功能改性方法，包括步骤：(1)将天然沸石破碎、筛分，然后进行超声清洗预处理；(2)将预处理后沸石浸入偏铝酸钠溶液中，一定时间后固液分离，沸石烘干备用；(3)将偏铝酸钠溶液浸渍后的沸石煅烧，得到多功能改性沸石。本发明利用钠离子增大离子交换容量；利用溶液碱性脱除沸石部分硅元素，同时增加铝元素，降低硅铝比；通过煅烧将外源铝元素嵌入沸石骨架中，同时疏通孔道，增大介孔比例，改善孔结构，实现天然沸石多功能改性，同时避免了溶液浸渍后洗涤环节带来的二次污染，改性后的天然沸石对水体氨氮的去除率显著提升。

技术领域

本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种用于提升水体氨氮去除率的天然沸石多功能改性方法。

背景技术

氨氮广泛应用于工业、农业生产和人们的日常生活中。是石油、化工、肉类加工、水产养殖等行业排放的废水中引起富营养化和环境污染的主要污染物之一。水中的氨氮可以在一定条件下转化成亚硝酸盐，如果长期饮用，水中的亚硝酸盐可以和蛋白质结合形成亚硝胺，亚硝胺是一种强致癌物质，对人体健康极为不利。

目前，氨氮废水的处理方法主要包括：空气吹脱法、折点氯化法、化学沉淀法、膜分离法、离子交换法、生物法等。但物化法受设备复杂、反应后产生二次污染等限制，不适用于低浓度氨氮的去除。而生物法受温度限制，低温反应基本无法进行。离子交换法主要是用来处理离子态的氨氮，用固相表面的阳离子交换液相中的氨氮。目前常用沸石作为离子交换的载体，使水中的NH₄⁺与沸石中的离子进行交换吸附以达到除掉水中氨氮的目的。

沸石是一种含水的碱土金属的铝硅酸矿物，任何沸石都由硅氧四面体和铝氧四面体组成。四面体以顶点相连，共用一个氧原子。整个铝氧四面体带负电。所以可以吸附带正电的铵离子。沸石的吸附容量主要取决于铝原子取代四面体硅的数目，铝原子取代四面体硅的数目越多，产生的过剩负电荷越多，对极性分子或离子的吸附能力也就越大。(孙杨等.无机盐工业,2008.)天然沸石氨氮吸附性能较差，采用物化方法对天然沸石改性可以提升其氨氮去除效率。高温焙烧可以去除沸石中的结合水和有机物，起到疏通孔道的作用，便于吸附过程中氨氮的扩散。但沸石热稳定性与其结构、组分密切相关，温度过高容易导致孔道坍塌，阻碍氨氮吸附。采用钠盐溶液浸渍改性可以提升沸石离子交换容量，采用酸液浸渍可以清除孔道杂质，疏通孔道(霍汉鑫等.工程科学学报,2015.)；采用碱液浸渍可以脱除沸石骨架中的硅元素，降低硅铝比(王琳琳等.化工进展,2018.)。溶液浸渍需要严格控制浸渍浓度和时间，否则过度浸渍会破坏原有孔结构，同时引起资源浪费。目前的研究多集中在沸石单一功能改性，鲜有多功能联合改性的报道，且需要对改性后的沸石进行洗涤去除阴离子的影响，带来显著的二次污染问题。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种用于提升水体氨氮去除率的天然沸石多功能改性方法，通过超声清洗预处理，疏通沸石内部孔道，便于改性剂进入沸石内部；通过偏铝酸钠溶液浸渍引入Na⁺增大离子交换容量，溶出沸石骨架中部分硅元素，同时将铝元素引入沸石内部，降低沸石硅铝比；通过高温煅烧可以分解铝水化合物，将外源铝元素嫁接嵌入沸石骨架中，起到稳定固化作用，同时利用煅烧产生的水蒸气和有机物分解产生的气体疏通孔道，减小微孔比例，增大介孔比例，改善孔结构。该方法制备的改性沸石应用于地表水中氨氮去除，其氨氮去除率与天然沸石相比显著提高，同时避免了洗涤改性沸石带来的二次污染。

为实现上述目的，本发明提出一种用于提升水体氨氮去除率的天然沸石多功能改性方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将天然沸石破碎、筛分，然后进行超声清洗预处理；

(2)将预处理后沸石浸入偏铝酸钠溶液中，一定时间后固液分离，沸石直接烘干备用；

(3)将偏铝酸钠溶液浸渍后的沸石煅烧，得到多功能改性沸石。