海洋的富營養化已引起全球的普遍關注,大量陸源N?P營養鹽的輸入是導致海域富營養化?赤潮頻繁發生的重要原因[1],氨氮作為海洋環境中氮的主要存在形態,經濟而有效地控制其濃度已成為當前亟待解決的海洋環境問題?

　　沸石作為一種廉價的天然非金屬礦物,晶體結構中有規整而均勻的孔道,具有對非離子氨的吸附作用和與離子銨的離子交換作用,已被用于市政生活污水[2,3]?養殖廢水[4]和雨水[5]中氨氮的吸附研究?海洋是一個含有諸多無機離子的復雜溶液體系,海水中陽離子的存在會對NH+4 在沸石上的交換構成競爭,導致交換容量的降低[6]?

　　截止目前,沸石吸附氨氮研究多集中于不同產地沸石吸附容量的比選[2,7,8],以及沸石改性方法的探索[9,10],海水體系下沸石吸附氨氮相關研究還比較少?本實驗研究以浙江縉云天然沸石為吸附劑,系統研究其對海水中氨氮的吸附作用,以期為沸石在脫除海洋環境中營養鹽方面的應用提供實驗數據和理論依據?

　　1 材料與方法

　　1.1 儀器與材料

　　PL2002型電子天平,MettlerToledo公司;HBYQ電熱鼓風干燥箱,天津市華北實驗儀器有限公司;IKA磁力攪拌器,IKA公司;Eutechph700型pH計,Eutech公司;IS-RDS3疊加式恒溫振蕩器,精騏有限公司;Smartchem200全自動間斷化學分析儀,AMS公司?

　　本研究使用的天然沸石購自浙江神石礦業有限公司,XRD掃描圖譜如圖1所示?X射線衍射分析表明:天然沸石含44.6%的鈉型斜發沸石(clinopti-lolite-Na)?39.5%的絲光沸石(mordenite)和15.9%的二氧化硅(SiO2)?實驗前將天然沸石用去離子水洗滌數次,于102℃下烘干,備用?

　　實驗過程中所用的化學試劑均為分析純,實驗用水均為去離子水?實驗用模擬氨氮海水通過向去離子水中投加氯化鈉?氯化鎂?磷酸二氫鉀和氯化銨配制,模擬氨氮海水的鹽度大約為32‰,Mg2+摩爾濃度為0.053mol/L,PO3-4 質量濃度為1mg/L?

　　1.2 實驗方法

　　1.2.1 吸附影響因素實驗

　　沸石粒徑:天然沸石經破碎?碾磨和篩分得到粒徑分別為>40目?20~40目?1~3mm?3~5mm?5~7mm和7~10mm的樣品?首先在不同錐形瓶中加入氨氮濃度為10mg/L的模擬海水100mL,調節反應液pH值至9.0,然后在各錐形瓶中分別加入不同粒徑的沸石樣品3.00g,于25℃ 下恒溫振蕩24h,振蕩頻率為200r/min,上清液經0.22μm濾膜過濾,利用全自動間斷分析儀測定氨氮濃度?

　　pH值:取100mL氨氮濃度為10mg/L的水樣于不同錐形瓶中,調節反應液的pH值為5.5?6.0?6.5?7.0?7.5?8.0?8.5?9.0?9.5?10.0和10.5,分別加入粒徑為20~40目的沸石樣品3.00g,于25℃下恒溫振蕩24h,振蕩頻率為200r/min,上清液經0.22μm濾膜過濾,利用全自動間斷分析儀測定氨氮濃度?

　　海水鹽度:取鹽度分別為0?6.4‰?12.8‰?19.2‰?25.6‰和32‰的水樣100mL置于錐形瓶中,各水樣中氨氮濃度均為10mg/L,調節反應液pH值至9.0,分別加入粒徑為20~40目的沸石樣品3.00g,于25℃下恒溫振蕩24h,振蕩頻率為200r/min,上清液經0.22μm濾膜過濾,利用全自動間斷分析儀測定氨氮濃度?

　　1.2.2 吸附動力學實驗

　　取100mL氨氮濃度為10mg/L的水樣于不同錐形瓶中,調節反應液pH值至9.0,在各錐形瓶中分別加入粒徑為20~40目的沸石樣品3.00g,于25℃下恒溫振蕩,振蕩頻率為200r/min,振蕩反應時間分別控制在0.25?0.5?1?2?4?8?16?24?32?48和72h,上清液經0.22μm濾膜過濾,利用全自動間斷分析儀測定氨氮濃度?

　　1.2.3 吸附等溫線實驗

　　取100mL氨氮濃度分別為10?25?50?100?150?200?250?300?400?500?600和700mg/L的水樣于不同錐形瓶中,調節反應液pH值至9.0,在各錐形瓶中分別加入粒徑為20~40目的沸石樣品3.00g,分別于15℃?30℃和45℃下恒溫振蕩反應24h,振蕩頻率為200r/min,上清液經0.22μm濾膜過濾,利用全自動間斷分析儀測定氨氮濃度?

　　2 結果與討論

　　2.1 沸石粒徑對氨氮吸附效果的影響圖2反映了不同粒徑條件下,產自浙江縉云沸石對海水中氨氮的吸附作用?從圖2中可以看出,天然沸石粒徑越小,其對海水中氨氮的吸附效果越好,粒徑為7~10mm的天然沸石對海水中氨氮的吸附量僅為0.068mg/g,而粒徑大于40目的天然沸石對海水中氨氮的吸附量為0.185mg/g,是粒徑為7~10mm時的2.7倍?沸石粒徑越小比表面積越大,越有利于沸石對氨氮的交換吸附,同時也有利于沸石表面吸附的氨氮沿沸石微孔向沸石內部遷移,因而沸石的吸附量也增大?但考慮到小粒徑沸石在實際水處理工程中存在易流失?水頭損失迅速增大等問題,本研究后續均采用粒徑為20~40目的天然沸石進行吸附實驗研究?具體參見污水技術資料更多相關技術文檔。

　　2.2 pH值和鹽度對氨氮吸附效果的影響

　　研究表明,在淡水體系下,pH值對沸石吸附氨氮有一定影響,反應液呈酸性和堿性都不利于沸石吸附氨氮[11,12],但上述研究都是針對高濃度氨氮(>100mg/L)廢水,本研究考察了海水體系下pH對低濃度氨氮(10mg/L)吸附效果的影響,并比較了海水和淡水體系下pH值影響規律的異同?

詳情請下載：天然沸石對海水中氨氮的吸附特性