粉煤灰納米沸石復(fù)合顆粒功能化設(shè)計及其污水氮磷去除初步研究.pdf

1、粉煤灰是我國排放量最大的固體廢棄物之一,其有效利用率低,大量的粉煤灰的堆放不僅污染環(huán)境而且對人體健康產(chǎn)生隱患,因此開展粉煤灰的綜合利用是一項艱巨而重要的任務(wù)。粉煤灰合成沸石已經(jīng)廣泛應(yīng)用于環(huán)境工程實例中解決環(huán)境污染等問題,是一種頗有前途的資源。而針對目前粉煤灰合成沸石的過程機理的不明確性以及合成沸石對高濃度氮磷廢水處理能力有限的現(xiàn)狀,本論文著重研究了粉煤灰納米沸石復(fù)合顆粒的合成機理及其最優(yōu)化的條件,嘗試了摻雜法和陽離子置換法強化其同步去除

2、沼液污水中氨氮和磷酸鹽的技術(shù)途徑,以期為粉煤灰的綜合利用及粉煤灰納米沸石復(fù)合材料的研究應(yīng)用拓展新的領(lǐng)域。本研究所得結(jié)論總結(jié)如下:
　　 根據(jù)四種分別來源于浙江杭州、浙江北侖、浙江長興和河南開封火電廠的粉煤灰其合成沸石的轉(zhuǎn)化率、母液的Si和Al濃度、產(chǎn)物物相組成、產(chǎn)物的化學(xué)組成及其表面性狀的動態(tài)變化的共性分析,可以將粉煤灰合成沸石的轉(zhuǎn)化機理分為五個階段:第一階段,誘導(dǎo)期或初始期,即快速升溫到設(shè)定溫度的0.5h,粉煤灰微珠將均勻分散

3、在氫氧化鈉液相溶液中;第二階段,加速期或溶解期,0.5～12h,粉煤灰中大量的Si和Al溶出,其表層活性SiO2及Al2O3與鈉離子反應(yīng)生成富硅的水化硅鋁酸鈉凝膠,并覆蓋在粉煤灰微珠表面;第三階段,偽平衡期或成核期,12～24h,隨著硅鋁酸鹽凝膠中硅鋁比的降低,其內(nèi)部開始生成晶核,氫氧化鈉的消耗速度降低,SiO2及Al2O3與氫氧化鈉的反應(yīng)平緩;第四階段,快速生長期或結(jié)晶期,24～48h,24h后粉煤灰微珠表面呈現(xiàn)多通道的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu),加

4、快硅鋁酸鹽凝膠結(jié)晶,根據(jù)異相成核原理,納米沸石生成物在粉煤灰微珠表面,晶粒快速生長;第五階段,轉(zhuǎn)化期或穩(wěn)定期,48h以后粉煤灰表面的納米沸石晶體粒子隨著反應(yīng)時間的延長,沸石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)組成開始發(fā)生變化,由亞穩(wěn)態(tài)的NaPl型沸石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為相對穩(wěn)態(tài)的羥基方鈉石或方沸石等晶體結(jié)構(gòu)。高溫和延長反應(yīng)時間能夠促使沸石相轉(zhuǎn)化為羥基方鈉石,即二次結(jié)晶。
　　 粉煤灰合成沸石最優(yōu)化條件為反應(yīng)時間為48h,液固比為6ml/g、NaOH濃度為2mol/

5、L以及反應(yīng)溫度為95℃,此時合成產(chǎn)物為粉煤灰納米NaPl沸石復(fù)合顆粒,且陽離子交換容量(CEC)值最高為235.8cmol/kg。
　　 根據(jù)四種粉煤灰納米沸石復(fù)合顆粒的理化性能比較分析,得出硅鋁比比較高的北侖和長興粉煤灰(硅鋁比分別為1.82和1.52)較低硅鋁比的杭州和開封粉煤灰(硅鋁比分別為0.54.和1.21)更適合作為合成沸石的原材料。浙江北侖和浙江長興粉煤灰合成產(chǎn)物的CEC都分別比其原始粉煤灰提高了兩個數(shù)量級,其比表

6、面積(SBET)比其原始粉煤灰提高了1個數(shù)量級,因此具有較大的氨氮的離子交換與吸附潛能。
　　 針對合成的粉煤灰納米沸石復(fù)合顆粒對磷吸附能力的不足,為了強化其對磷吸附容量,采用摻雜合成法和陽離子置換法這兩種方法對粉煤灰納米沸石復(fù)合顆粒進行功能強化設(shè)計。結(jié)果表明,鈣鎂鹽摻雜合成法及鈣鎂陽離子置換法能夠顯著強化粉煤灰納米沸石復(fù)合顆粒的磷素吸附容量與性能,其中鈣鎂陽離子置換所得產(chǎn)物的最大磷固定系數(shù)(PIC)比原始的合成粉煤灰納米沸石復(fù)

7、合產(chǎn)物增加了2.7～3.2倍。
　　 鈣飽和置換產(chǎn)物能夠增強粉煤灰合成沸石對氨的去除率;而鎂飽和置換卻有副作用;鈣鎂鹽飽和以及鈣摻雜強化處理能夠顯著提高粉煤灰納米沸石復(fù)合顆粒對P的吸附去除率,且隨著投加量的增加,其對P的吸附去除率顯著增加,而鎂摻雜強化處理對磷的去除率增加不明顯。
　　 考慮氨氮的同步去除率,鈣鹽摻雜和飽和置換對粉煤灰納米沸石復(fù)合產(chǎn)物的脫氮除磷強化效果顯著,其中鈣飽和置換后的合成產(chǎn)物最適合用于沼液廢水的脫