沸石已被广泛应用于水处理中,为进一步拓展其应用范围,需对其应用机理进行深入探讨,本文从吸附等温、吸附动力学和吸附热力学三个方面进行探讨。

1、沸石吸附等温特性

常见的吸附等温理论模型有Langmuir模型和Freundlich模型。Langmuir模型,适用于化学吸附和低压高温时的物理吸附,Langmuir等温模型的应用基于三个假设:

1.吸附分子间无作用力;

2.表面是均匀的,即吸附热不随吸附量而变化,每一个吸附点的能量不变;

3.吸附限制在单分子层。Freun.dlich模型是经验式,适用于不均匀表面的吸附,吸附热随覆盖度指数下降。这两种模型在物理吸附和化学吸附中都有广泛的应用。

通过实验研究天然沸石对氨氮的吸附作用及其影响因素。结果表明,沸石对氨氮的等温吸附可用Langmuir和Freundlich模型拟合,但沸石对氨氮的吸附特征更适于用Langmuir吸附模型。采用天然斜发沸石进行吸附溶液中NH4+的试验研究发现,沸石对溶液中NH4+的吸附过程符合Freundlich模型。将实验数据进行了Temkin等温方程的拟合,取得了较好的拟合效果。

除上述两参数等温模型外,Redlich—Peter-son、Langmuir—Freundlich等三参数模型也被应用于沸石对氨氮吸附数据的处理,且普遍认为三参数模型比两参数模型能更好地描述氨氮在沸石上的吸附过程。

2、沸石吸附动力学

常用于描述吸附过程的动力学模型有准一级反应动力学模型和准二级反应动力学模型。准一级动力学模型通常用于吸附开始阶段的描述,不能用来准确地描述整个吸附过程,而准二级模型包含了吸附的全过程,如液膜扩散、表面吸附与内扩散,能更好地描述吸附反应的全过程。

采用静态平衡法,进行了镇江斜发沸石对水中氨氮的吸附动力学研究,结果表明,沸石对氨氮的吸附实验数据与准二级动力学模型拟合更好。沸石吸附氨氮同时具有“快速吸附,缓慢平衡”的特点,在吸附反应初始阶段,沸石对氨氮的吸附速率较大,吸附量上升很快;随着吸附反应的不断进行,吸附速率降低,吸附量上升幅度较小,逐渐达到吸附平衡。除上述两种常用动力学模型采用Vermeulen吸附模型分析改性斜发沸石对水中氨氮的吸附行为时得出,吸附能很好地符合Vermeulen吸附模型,Powerfunction吸附动力学方程和Elovich吸附动力学方程也被成功应用于沸石对氨氮的吸附过程。

3、沸石吸附热力学

采用静态平衡法,进行了斜发沸石对水中氨氮的吸附热力学研究,结果表明,该吸附反应的△H>0、△G<0、△S>0,沸石对氨氮的吸附为吸热反应,吸热后体系的混乱度增加。在研究温度对天然沸石及改性沸石吸附NH4-N的影响时,发现该沸石吸附NH4+-N为吸热反应,温度升高有利于沸石吸附NH4+-N,但影响不明显。