研究了多孔改性沸石球形颗粒的高温烧成制备方法,主要考察质量配比、烧制温度、烧制时间对氨氮去除率的影响,从而确定最佳制备条件,并测定产品物理性能,使之同时具有较高的吸附交换能力和抗压强度。

沸石是一种含水架状结构的多孔硅铝酸盐矿物质,构成其骨架的最基本结构是硅氧[SiO4]四面体和铝氧[AlO4]四面体,其中在铝氧四面体中由于一个氧原子的价电子没有得到中和,使得整个铝氧四面体带有一个负电荷,为保持电中性,附近必须有一个带正电荷的金属阳离子(M+)来抵消(通常是碱金属或碱土金属离子)。沸石独特的晶体结构使其具有大量均匀的微孔,孔径大多在1nm以下。色散力与静电力的加和造成沸石的吸附力特别强,正是由于静电力,沸石对极性、不饱和、易极化分子具有优先的选择吸附作用。氨分子的极性很强,体积又小,故沸石长期以来一直用于去除气体或水中的氨氮[4]。研究表明,沸石粒径越小,其对污染物去除效果越好,但实际操作中沸石粒径太小则易随出水流失,增大装置的水头损失。因此,将沸石用适当工艺制成改性微孔颗粒,使之具有较高的吸附交换能力和抗压强度,正是研究的目的所在。

按最佳质量配比制球,烘干后于 600 ℃下分别烧制 1 h 、1 .5 h 、2 h 、2 .5 h 、3 h 、3 .5 h,不同烧制时间与氨氮去除率的关系见图 2 。结果表明,沸石球的氨氮去除率随高温烧制时间的增加缓慢升高,但烧制时间过长会导致沸石晶格结构的变化,影响离子交换吸附能力,造成氨氮去除率急剧下降,所以,在 2 .5 h 处会出现一个低谷。最佳烧制时间应为 2 h 。

用未改性沸石和改性沸石在相同条件下成球作对比实验,结果表明,未改性沸石制得的球粒氨氮去除率平均值仅为 27 .1 %,而改性沸石制得的球粒氨氮去除率平均值为83 .2 %,由此可见,沸石改性有助于提高氨氮去除率,效果非常明显。