沸石去除微污染水中苯的效果研究
摘要：苯是一種致癌物質(zhì)，對人體和水生生物均有不同程度的毒性。苯的 工業(yè) 污染源泉主要是石油化工、煉焦化工生產(chǎn)的排放廢水。同時，苯作為重要溶劑及生產(chǎn)原料有著廣泛的 應用 ，在油漆、農(nóng)藥、醫(yī)藥，有機化工等行業(yè)的排放廢水中也含有較多的笨！ 》惺且环N天然的多孔礦物，具有很大比表面積，具有過濾作用，而且還具有去除水中有害的重金屬離子和部分有機物的作用。本文對白銀塊型斜發(fā)、白銀砂型斜發(fā)、縉云絲光進行測定，實驗結果表明經(jīng)氯化鈉在常溫常壓下活化處理后的縉云斜發(fā)沸石對苯具有最好的吸附性能。通過優(yōu)選出的鈉型白銀塊型斜發(fā)沸石和縉云斜發(fā)沸石對水中苯的動態(tài)過濾吸附試驗，并與濾池中常用的石英砂濾料做對比，得出沸石對水中的微量苯的去除效果明顯優(yōu)于砂濾料。
關鍵詞：沸石 苯 靜態(tài)試驗 動態(tài)試驗
前言
沸石是呈架狀結構的多孔含水鋁硅酸鹽晶體的沸石族礦物的總稱，有 自然 界天然存在的礦物，也有人工合成的晶體。由沸石的化學式可以看出，沸石化學成分實際上是由SiO2、A12O3、H2O、堿和堿土金屬離子四部分構成。其化學式可用下式表示：
(Na,K)x(Mg、Ca、Sr、BA)Y[A1x+2YSin-(x+2Y)O2n].mH2O
我國沸石礦藏大部分屬斜發(fā)沸石，另有部分絲光沸石。沸石礦物一般都與其它巖石共生。本文 研究 采用了白銀斜發(fā)沸石、縉云斜發(fā)沸石、縉云絲光沸石做對比試驗。
白銀斜發(fā)沸石經(jīng) 分析 得出結論為鈉鈣型型高硅斜發(fā)沸石，沸石硬度為4級。顏色分為磚紅色、灰色、紅色、紫紅色四種。
縉云斜發(fā)沸石屬于單斜晶體，顏色為白色、淡黃色。呈寬板條狀、細板條狀、不規(guī)則粒狀等。常溫下不溶于鹽酸、磷酸和醋酸，微溶于硫酸，緩溶于草酸。鏡下為無色透明，具明顯的負突起。縉云斜發(fā)沸石同樣具有豐富的內(nèi)表面，已大量被用于其它各種行業(yè)？N云斜發(fā)沸石的骨架結構還沒有完全確定？N云沸石的有效孔徑較大，吸附性能較好。
縉云絲光沸石的骨架結構主要是由五元環(huán)構成，從總體來說，絲光沸石象一堆平徑安裝的管束，天然沸石的晶格不十分整齊，孔道有扭曲，因此，一般的有效孔徑都會小些？N云絲光沸石屬于斜方晶體，顏色為白色、淡黃色，呈纖維狀、毛發(fā)狀、結合體呈束狀，放射環(huán)球粒狀，扇狀等？N云絲光沸石具有豐富的內(nèi)表面。由縉云絲光沸石具有多孔大表面積，因此它具有良好的吸附性。有可能吸附一些有機物。
研究 方法
采用靜態(tài)和動態(tài)相結合的方法，靜態(tài)主要用于確定活化劑和沸石種類，從而為動態(tài)沸石吸附性能研究選出最優(yōu)的沸石品種。動態(tài)用于吸附效果的測定和沸石吸附性能的研究。
靜態(tài)試驗：稱取一定量各種類型沸石分別加入待測定的苯溶液，同時只加同量的苯溶液，不加沸石，作為空白，用于測定比較。振蕩一定時間，取出一定量進行測定。
動態(tài)試驗：在一定直徑的有機玻璃柱子中裝入一定量的沸石，用自來水沖洗干凈。然后滴加苯試驗溶液，并采用水力真空流量穩(wěn)定裝置嚴格控制所要求的流速。裝置圖如附圖所示。
苯的分析方法根據(jù)所分析樣中苯的含量多少，可采用二硫化碳萃取和頂空取樣兩種方法，本試驗采用二硫化碳萃取氣相色譜法進行測定。本方法檢出濃度為0.05mg/1，檢測上限為12mg/1。
實驗 內(nèi)容
一、吸附平衡時間的確定
活化處理后的同一種沸石經(jīng)平衡實驗得到的測定結果和數(shù)據(jù)見表1和圖1。從表1和圖1可以看出：當達到15h時，沸石對苯吸附達到平衡，即沸石對苯的吸附平衡時間為15h;同時可以看出隨著振蕩時間的增加，苯揮發(fā)并不嚴重，空白試驗的濃度降低并不很嚴重，以后的試驗均可采用一個空白作參照。
|
編號
|
沸石重
(g) |
振蕩時間
（h) |
|
色譜
|
||
|
峰面積
|
去除率
(%) |
濃度
(mg/L) |
吸附量
（mg/100g) |
|||
|
1
|
2.0001
|
2
|
40920
|
7.64
|
8.94
|
3.95
|
|
2 |
——
|
2
|
44305
|
——
|
9.73
|
——
|
|
3
|
2.0064
|
4
|
38063
|
11.91
|
8.27
|
6.03
|
|
4
|
——
|
4
|
43210
|
——
|
9.48
|
——
|
|
5
|
2.0035
|
8
|
38234
|
8.77
|
8.31
|
4.29
|
|
6
|
——
|
8
|
41901
|
——
|
9.17
|
——
|
|
7
|
2.0085
|
12
|
37063
|
9.68
|
8.04
|
4.63
|
|
8
|
——
|
12
|
41036
|
——
|
8.97
|
——
|
|
9
|
2.0000
|
16
|
37546
|
13.25
|
8.15
|
6.70
|
|
10
|
——
|
16
|
43280
|
——
|
9.49
|
——
|
|
11
|
2.0037
|
20
|
36117
|
13.26
|
7.82
|
6.44
|
|
12
|
——
|
20
|
41640
|
——
|
9.11
|
——
|
|
13
|
2.0011
|
24
|
38844
|
12.52
|
8.46
|
6.50
|
|
14
|
——
|
24
|
44404
|
——
|
9.76
|
——
|
|
15
|
——
|
0
|
44924
|
——
|
9.88
|
——
|
二、 幾種沸石吸附性能的比較
對沸石進行靜態(tài)吸附性能的比較可以得出表2的結果。
|
編號
|
類型
|
沸石重（g)
|
色 譜
|
|||
|
峰面積
|
去除率（%）
|
濃度（μg/L)
|
吸附量（μg/100g)
|
|||
|
1
|
白銀塊型（NaC1)
|
2.0008
|
73826
|
28.27
|
53.19
|
14.13
|
|
2
|
縉云絲光(NaC1)
|
2.0006
|
73054
|
29.02
|
52.63
|
14.51
|
|
3
|
縉云絲光 (未活化) |
2.0005
|
107938
|
無效
|
77.77
|
0
|
|
4
|
縉云斜發(fā)(NaC1)
|
2.0004
|
57525
|
44.11
|
41.45
|
22.05
|
|
5
|
縉云斜發(fā)（未活化） |
2.0008
|
80837
|
21.46
|
58.24
|
10.72
|
|
6
|
空白 |
——
|
102921
|
——
|
74.15
|
|
從表2可以看出：縉云斜發(fā)(NaC1)沸石對苯的吸附性最好，與縉云斜發(fā)沸石具有較大的比表面相吻合;同時縉云斜發(fā)沸石和縉云絲光沸石經(jīng)氯化鈉活化后，可提高吸附效果，擴大其比表面積和孔徑。
。 三、吸附苯的效果
動態(tài)試驗結果和數(shù)據(jù)見表3所示？梢钥闯觯嚎N云斜發(fā)沸石對苯有較好的去除效果，且對應于各個流速，去除效果均比白銀塊型沸石要好;白銀塊型斜發(fā)沸石去除效果不如縉云斜發(fā)沸石好，但比石英砂的效果好，石英砂開始時有一定的去除效果，但隨著流速的增加，去除效果降低很快，且比上述兩種沸石的效果要差。
|
1# 縉云斜發(fā)（NaC1)
|
||||||
|
流速（m/h）
|
2.13
|
4.25
|
6.68
|
9.35
|
15.59
|
|
|
峰面積
|
7678
|
11170
|
12197
|
12144
|
15181
|
26239
|
|
出水苯濃度（μg/L）
|
29.26
|
42.57
|
46.48
|
46.28
|
57.86
|
100
|
|
去除率（%）
|
70.74
|
57.43
|
53.52
|
53.72
|
42.14
|
|
|
2# 白銀塊型（NaC1)
|
||||||
|
流速（m/h）
|
2.23
|
4.25
|
6.68
|
9.35
|
15.59
|
|
|
峰面積
|
8545
|
15214
|
11362
|
12439
|
14051
|
23599
|
|
出水苯濃度（μg/L）
|
36.21
|
64.47
|
48.15
|
52.71
|
59.54
|
100
|
|
去除率（%）
|
63.79
|
35.53
|
51.85
|
47.29
|
40.46
|
|
|
3 #石英砂
|
||||||
|
流速（m/h）
|
1.51
|
3.60
|
6.68
|
9.35
|
15.59
|
|
|
峰面積
|
12671
|
13572
|
14766
|
17717
|
18346
|
26239
|
|
出水苯濃度（μg/L）
|
48.29
|
51.72
|
56.28
|
67.52
|
69.92
|
100
|
|
去除率（%）
|
51.71
|
48.28
|
43.72
|
32.48
|
30.08
|
|
結論：
1、天然沸石在常溫、常壓下經(jīng)過化學溶液的活化處理，可改變吸附有機物的效果。通過氯化鈉活化后的沸石對苯有一定的去除效果。它們比未尖化的去除效果好的多，因此用活化沸石可以在一定程度上提高沸石對苯的吸附性能。
2、縉云斜發(fā)(NaC1)沸石對苯的吸附性能比白銀塊型斜發(fā)沸石(NaC1)好。
3、經(jīng)氯化鈉活化后的沸石對苯的吸附的去除效果比砂濾料好的多。因此用活化沸石代替濾池中的砂濾在一定程度上可以改善水源泉受苯微污染的自來廠出水水質(zhì)。動態(tài)試驗的結果與靜態(tài)試驗結果相符。
4、根據(jù)這幾種沸石對比試驗的結果，以縉云斜發(fā)沸石的效果最好，可作為用于處理受苯微污染水的一種推薦過濾材料。這對今后推廣使用沸石改善我國水源受苯污染的自來水廠出水水質(zhì)具有重大意義。
5、經(jīng)活化后的天然沸石吸附代替?zhèn)鹘y(tǒng)砂濾池中的砂濾料，使濾池兼具有過濾去除水中濁度、細菌的作用，而且還具有去除水中有毒的重金屬離子和部分溶解性的苯。
6、沸石是一種廉價的地方性材料，在我國具有豐富的儲量，來源廣泛，作為水處理的過濾材料，具有足夠的強度，其價格低于活性炭1/20以下，接近于砂濾料的價格。可以在不增設專門構筑物和不增加設備的前提下，改善出水水質(zhì)，適用于現(xiàn)有工廠的處理工藝改選和新建水廠，沸石用于處理微污染水，具有簡單、 經(jīng)濟 、安全等優(yōu)點，便于推廣。
參考 文獻
1、魏復盛主編，水和廢水監(jiān)測 分析 方法 ， 中國 環(huán)境 科學 出版社，1989。
2、張拴昌編著，天然沸石離子交換性能及其 應用 ，科學出版社，1986。
3、許保玖編著，當代給水與廢水處理原理，高教出版社，1990。
4、徐幫梁編，沸石，地質(zhì)出版社，1979。
5、王乃忠，滕蘭珍編著，水處 理論 基礎，西南 交通 大學出版社，1988。
6、嚴煦世，范瑾初主編，許保玖主審，給水工程(第三版)，中國建筑 工業(yè) 出版社，1995。
7、王乃忠，活性炭吸附柱設計若干 問題 研究 ，水處理技術，1986年1月。
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