天然沸石的改性及其除氟性能

天然沸石的改性及其除氟性能高鵬【摘要】于研究天然沸石的改性及其除氟性能，可以達(dá)到使除氟的方法既經(jīng)濟(jì)又高效.實(shí)驗(yàn)采用優(yōu)質(zhì)天然沸石，對(duì)其進(jìn)行高溫焙燒、酸、堿及鹽的處理，使其對(duì)氟離子的吸附容量大大提高，并對(duì)其吸附機(jī)理進(jìn)行研究，通過各種儀器檢測其微觀結(jié)構(gòu).【期刊名稱】《黑龍江水利科技》【年(卷)，期】2012(040)012【總頁數(shù)】2頁(P22-23)【關(guān)鍵詞】天然沸石;氟離子濃度;測定方法;改性;除氟性能【作者】高鵬【作者單位】黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,哈爾濱150080【正文語種】中文【中圖分類】TU991氟元素在自然界中表現(xiàn)的極其活躍。在地殼中，其含量占總量的0.077%，位居第13位。氟在自然界中的存在形式為化合物，而不是單質(zhì)的形式。在酸性介質(zhì)中，氟常以可溶性有機(jī)物的形式存在;氟在堿性介質(zhì)中易形成離子。氟碰到水會(huì)立即產(chǎn)生反應(yīng)，形成氟化氫，具有毒性。氟化氫會(huì)使人體組織產(chǎn)生刺激性的危害，呼吸系統(tǒng)對(duì)氟化氫的反應(yīng)極其敏感［1］。1實(shí)驗(yàn)材料及儀器實(shí)驗(yàn)所用沸石由遼寧北票某沸石公司提供，實(shí)驗(yàn)所用的主要化學(xué)試劑有氟化鈉、氫氧化鈉、氯化鋁、硝酸鈉、二水合檸檬酸鈉(以上藥品均為分析純)和鹽酸。實(shí)驗(yàn)所用儀器有XSZ-107型分析天平、馬弗爐、HZQQX型水浴搖床、DGG-101-2型電熱鼓風(fēng)干燥箱、氟化斕單晶膜電極、PHS-2型酸度計(jì)和飽和甘汞電極。2氟離子的測定方法及靜態(tài)吸附容量的計(jì)算采用離子選擇電極法測定水中氟離子濃度。2.1實(shí)驗(yàn)試劑的調(diào)配氟化物標(biāo)準(zhǔn)貯備液:用分析天平準(zhǔn)確稱取經(jīng)過120°C烘干2h的NaF0.2210g定容于1000mL容量瓶中，得到100mg/L的氟離子儲(chǔ)備液。氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液:定量取出10.00mL的上述貯備液，吸取工具為無分度吸管，并移至到容量為100mL的容量瓶中，之后加水稀釋，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后搖勻。此溶液的濃度為10mg/L?？傠x子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖溶液(TISAB):需要硝酸鈉和二水合檸檬酸鈉，分別稱取85.0g以及58.8g，然后加水溶解，并加入適量的鹽酸，使溶液的pH為5~6，將溶液移至容量為1000mL的容量瓶中，之后加水稀釋，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后搖勻。2.2標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制使用無分度吸管分5次定量吸取氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別取1.00mL、3.00mL、5.00mL、10.00mL和20.00mL，移至容量為50mL的容量瓶中，同時(shí)加入10mL的TISAB，之后加水稀釋，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后搖勻。將配好的溶液分別移至聚乙烯杯中，容量為100mL的。插入電極的順序?yàn)橛傻蜐舛鹊礁邼舛?，并?duì)溶液不斷的攪拌，直至電位穩(wěn)定，可以讀取電位值。用標(biāo)準(zhǔn)曲線法繪制得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程式，計(jì)算氟離子濃度，標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。標(biāo)準(zhǔn)曲線方程式為：式中:E為氟離子選擇電極測得的電位值，C為相應(yīng)的氟離子濃度。圖1氟離子標(biāo)準(zhǔn)曲線2.3靜態(tài)吸附容量的測定把2g沸石置于盛有50mL含氟溶液的聚乙烯瓶中，將水浴搖床的溫度調(diào)至20^,并將聚乙烯瓶移至其中，均勻振蕩。待吸附平衡后，用氟離子選擇電極測定溶液的電位值，帶入上述的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程式中計(jì)算其氟離子濃度。靜態(tài)吸附容量或吸附量的計(jì)算公式為：式中，Qe代表吸附容量或吸附量，mg/g;C0和Ce分別代表初始濃度以及平衡濃度，mg/L;m為沸石的質(zhì)量，g;V為水樣體積，L。3天然沸石的改性方法3.1預(yù)處理在實(shí)驗(yàn)中，沸石粉不易直接使用，因其表面一般會(huì)存在一些雜質(zhì)，對(duì)試驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生影響，所以在試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)沸石粉進(jìn)行沖洗。先選取定量的沸石，然后加入去離子水，體積為沸石的三倍，根據(jù)不同的溫度條件下，放到水浴搖床中振蕩，將產(chǎn)生的混濁液倒掉，沖洗需要反復(fù)幾次，最后放入烘箱中，將溫度調(diào)到105°C，干燥至恒重，—般為2h[2]o3.2改性方法1） 將沸石置于馬弗爐中，在600C的高溫下焙燒2h，取出自然晾干。2） 將焙燒好的沸石置于4%的鹽酸中，在70C的水浴搖床中振蕩1h，取出用去離子水洗凈。3） 把焙燒及鹽酸處理過的沸石置于1mol/L的NaOH溶液中，洗滌1h，用去離子水洗凈。4） 把上述處理過的沸石置于10%的AICI3溶液中，35C恒溫振蕩20h，洗凈烘干。4改性沸石的靜態(tài)除氟性能4.1反應(yīng)時(shí)間對(duì)吸附容量的影響在溫度達(dá)到20°C的條件下，各取20g改性沸石投加到1L濃度分別為20mg/L、10mg/L和5mg/L的含氟水中，根據(jù)反應(yīng)時(shí)間的變化，表現(xiàn)出不同的吸附容量，見圖2。圖2顯示表明:雖然氟離子原溶液的濃度不同，但試驗(yàn)開始其吸附量的提高都很快，伴隨反應(yīng)時(shí)間的延長，其吸附量的變化較為緩慢，最后至恒量;而且達(dá)到平衡時(shí)所需要的時(shí)間以及吸附量與原溶液的氟離子濃度成正比［3］。圖2反應(yīng)時(shí)間對(duì)吸附容量的影響4.2原水濃度對(duì)吸附容量的影響在溫度達(dá)到20C的條件下，取1g的改性沸石，50mL不同濃度的高氟水，將改性沸石分別放入其中，并震蕩使其反應(yīng)充分，直至吸附達(dá)到平衡，對(duì)此時(shí)的濃度進(jìn)行測定，見圖3。圖3顯示表明:改性沸石的吸附量與氟離子的濃度成正比;氟離子的驅(qū)動(dòng)力與初始濃度成正比。根據(jù)質(zhì)量作用定律，較大的初始濃度會(huì)產(chǎn)生更多的吸附機(jī)會(huì)，當(dāng)吸附達(dá)到平衡時(shí)，會(huì)有更多的氟離子被吸附，所以改性沸石的吸附量與氟離子的初始濃度是成正比的［4］。4.3吸附等溫線擬合對(duì)吸附等溫線的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合的方式為Freundich等溫式，見圖4。結(jié)果表明:沸石的吸附等溫線與Freundlich等溫式（擬合優(yōu)度R2=0.9869）相符合，根據(jù)最小二乘法，對(duì)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得出沸石的吸附等溫式為［5］:式中:n為1.2>1，表明改性沸石對(duì)氟離子的吸附具有顯著效果。圖3原水濃度對(duì)吸附容量的影響圖4按Freundilich吸附等溫線線性化5結(jié)論天然沸石的除氟能力很低，經(jīng)過高溫焙燒、酸、堿及鹽的處理，沸石的吸附能力有很大提高。每一步的改性都對(duì)其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了影響，沸石的形貌和孔道都發(fā)生了變化，進(jìn)而提高了其除氟性能［6］。隨著改性沸石與含氟溶液的接觸時(shí)間增加，其吸附逐漸達(dá)到平衡，反應(yīng)時(shí)間在40min內(nèi)。改性沸石快速的吸附能力使其完全符合實(shí)際運(yùn)行的需要。隨著原水氟離子濃度的增加，改性沸石的吸附容量逐漸增大，說明其除氟性能有很大潛力。參考文獻(xiàn)：［1］張超杰.含氟水治理研究進(jìn)展［J］.給水排水，2002,28(12):26-29.［2］王連方，張玲，王生玲，等.某些除氟方法除氟效能分析［J］.地方病通報(bào)，1999,14(1):20-22.［3］李曼尼，劉曉飛，江雅新，等.改性斜發(fā)沸石在水處理中的應(yīng)用［J］.環(huán)境化學(xué)，2007,26(1):