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摘 要

沸石具有良好的吸附性能和离子交换性能，但钙离子的离子交换性能不高，所以需要采用化学改性来改善。

本实验采用无机和有机改性两种方案，探究不同改性方案对沸石Ca² 交换性能的影响。无机方案分别采5g/L、10g/L的碳酸钠和氢氧化钠混合溶液（质量比1:1），5g/L碳酸钠和氯化钠混合溶液（质量比1:1），5g/L氯化钠溶液，有机方案采用0.2mol/L乙酸钠改性。其中，氯化钠改性对钙离子作用不大，其余改性方案均有一定效果。，机方案相较于无机方案效果更为显著。对乙酸钠改性沸石采用Langmuir等温吸附模型进行拟合，且符合该模型。

关键词：天然沸石 离子交换 改性 等温吸附

Experimental study on chemical modification of natural clinoptilolite

Abstract

Zeolite has good adsorption and ion exchange performance, but the ion exchange performance of calcium ion is not high, so chemical modification is needed to improve it.

In this experiment, inorganic and organic modification schemes were used to explore the effects of different modification schemes on the exchange properties of zeolite Ca2 . In the inorganic scheme, 5 g/L sodium carbonate and 10 g/L sodium hydroxide mixed solution (mass ratio 1:1), 5 g/L sodium carbonate and sodium chloride mixed solution (mass ratio 1:1), 5 g/L sodium chloride solution, and 0.2 mol/L sodium acetate modified organic scheme were used. Among them, sodium chloride modification has little effect on calcium ion, and other modification schemes have certain effect. Compared with the inorganic scheme, the mechanical scheme has more significant effect. The Langmuir isothermal adsorption model was used to match the modified zeolite with sodium acetate, which accorded with the model.

Keywords: Natural zeolite;ion exchange; modification;isothermal adsorption

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1前言 1

1.2沸石的结构 1

1.3沸石的吸附性能 1

1.4沸石与钙离子交换原理与特点 2

1.5柠檬酸钠改性对沸石微观结构的影响 2

1.5.1对沸石孔径结构的影响 2

1.5.2对沸石表面形貌及组成成分的影响 2

1.6沸石的应用 3

1.6.1去除有机污染物 3

1.6.2作污水滤料 4

1.6.3去除氨氮 4

1.6.4降低氟含量 4

1.7展望 5

第二章 实验方法步骤 6

2.1实验装置及仪器 6

2.2实验药品 6

2.3药剂配制 6

2.3.1 EDTA溶液 6

2.3.3改性所需溶液 7

2.4实验流程 7

2.4.1沸石的处理 7

2.4.2模拟水样配制 8

2.4.3沸石改性 8

2.4.4摇床实验 8

第三章 实验数据处理与分析 10

3.1天然沸石的Ca² 交换速率试验 10

3.2天然沸石用NaCO₃、NaOH溶液改性的Ca² 交换速率实验（5g/L、10g/L） 11

3.2.1天然沸石用5g/L NaCO₃、NaOH混合液改性（质量比1:1）的Ca² 交换速率实验 11

3.2.2天然沸石用10g/L NaCO₃、NaOH混合液改性（质量比1:1）的Ca² 交换速率实验 12

3.3 天然沸石用5g/LNaCO_3、NaCl溶液改性后的Ca² 交换速率试验 13

3.4天然沸石用5g/L氯化钠溶液改性后的Ca² 交换速率试验 15

3.5天然沸石用0.2mol/L乙酸钠溶液改性后的Ca² 交换速率实验 16

3.6改性对比分析 17

3.7乙酸钠改性沸石的等温吸附实验 18

第四章 结论与展望 20

4.1结论 20

4.1.1交换速率实验总结 20

4.1.2乙酸钠改性沸石的等温交换实验总结 20

4.2不足与展望 21

参考文献 22

第一章 文献综述

1.1前言

天然沸石的主要结构是氧化铝和氧化硅的四面体结构，本质上是一种硅酸盐。我国的沸石资源量很大，开发利用沸石处理废水是一种非常合适的废水处理方案。

沸石的特点是重量轻，内部的空隙体积为50%，从而比表面积大，吸附能力强。采用合适的改性处理可以有效地提高沸石表面的物理性质、化学性质，从而增加吸附量。

另外，水中的无机物小分子、离子、色素等能被沸石吸附, 沸石吸附这些物质后释放出铝离子、铁离子,被释放出来的铝离子和铁离子会水解成Al_n(OH)_3n-4⁴ ，Fe_n(OH)_3n-4⁴ ，它们是多核羟基且带高正电荷的配位体。它们会吸附、絮凝、沉降废水中的粒子,从而去除污染物，起到净化作用[2]。

1.2沸石的结构

沸石化学通式为:(Na,K)_x·(Ca,Sr,Ba,Mg……)_y·[Al_{x 2y}Si_{n-(x 2y)}O_2n]·mH₂O。沸石是非金属矿物，具有纳米介孔结构，氧硅四面体，氧铝四面体是沸石的重要组成部分，它们一起组成沸石的基本构架[11]。

1.3沸石的吸附性能

吸附性能是沸石净化污水的一个重要性能，它主要依赖与沸石的分子结构。沸石吸附有以下特点：选择性吸附、快速吸附、缓慢平和。在一定温度条件下，沸石内部形成孔道和空穴，有效直径很小的分子就会通过孔道被沸石吸附，而直径较大的分子无法进入孔道，这就是沸石的选择性吸附的原理[30]。沸石快速吸附的特点就是沸石在吸附目标物质时，在较短的时间内就能有效降低该物质的浓度；而缓慢平和是指沸石的吸附在达到平衡前的一段时间内，吸附速率慢慢减为零，最终平衡。

1.4沸石与钙离子交换原理与特点

1.4.1原理

沸石是碱金属、碱土金属硅酸盐水絮凝剂，具有较大的比表面积，强格和均匀的微孔及酸碱稳定性，沸石晶格腔有很强的库仑场，和 Ca² 具有更强的吸附能力， 而且可以通过 NaOH～NaCl 再生液浸泡再生，Ca² 还原成 Ca(OH)₂，先受热分解，然后吹脱，最后会以 CaO 的状态被去除。

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