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·1602· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 35 卷

Zr-Na/Zeolite was well fitted to the pseudo-second-order equation. Zr-Na/Zeolite could be regenerated by
using a mixture of 0.1 mol/L NaOH and 1.0 mol/L NaCl, and almost kept the adsorption efficiency for
ammonium and phosphate after being recycling fourteen times.
Key words: sodium chloride; zirconium; adsorption; phosphate; ammonium; dual-functional zeolite; water
treatment technology and environmental protection
Foundation item: Funding Project of Shanghai Science and Technology Committee (14DZ2273900)

随着社会经济的不断发展，大量含有氨氮〔水 异的沸石改性元素。通过对天然沸石进行 NaCl 和氯
+
中以游离氨（NH 3 ）和 NH 4 形式存在的氮〕和磷的 氧化锆两步改性，有可能使天然沸石同时具有很好
工业废水、生活污水被排入江河湖泊，造成水体富 的脱氨氮和脱磷性能。但是，目前鲜见关于氯化钠
营养化，藻类过量繁殖，加速了水中溶解氧的消耗， 和锆两步改性制备双功能天然沸石去除水质中氨氮
导致水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡 [1-2] 。为 和磷的报道。
了解决富营养化问题，很多国家做了大量工作进行 本文通过氯化钠和氯氧化锆两步改性天然沸
废水处理的研究，尤其是对于氨氮和磷消除的研 石，制得能脱除水中氨氮和磷的双功能锆钠改性天
究 [3] 。常用废水中除氨氮和磷的方法有化学沉淀 然沸石（Zr-Na/Zeolite），利用 XRF、XRD、SEM 和
法、化学吸附与离子交换法、生物法等 [4-6] 。吸附 TEM 对其结构进行了表征。考察了改性沸石在不同
法和离子交换法因具有工艺简单、消除效果好、占 pH、氨氮和磷初始质量浓度和温度下吸附氨氮和磷
地面积小等优点，被人们认为是最有效的去除氨氮 的能力，探讨了吸附过程的动力学。此外，还考察
和磷的方法，而吸附剂的设计开发，成为该方法的 了锆钠改性沸石的再生能力，为其应用于废水中脱
研究重点。 氨氮和磷提供了理论依据。
沸石是一类具有骨架状结构的硅铝酸盐晶体，
硅氧四面体中的硅原子部分被铝原子取代，导致骨 1 实验部分
架带有负电荷，这些负电荷通过结合一些一价或二
1.1 试剂与仪器
价的阳离子来平衡。沸石晶格孔穴中的阳离子使其
八水合氯氧化锆（质量分数 98%），阿拉丁试剂
具有离子交换能力，而丰富的孔道结构使沸石具有
（上海）有限公司；氯化钠，氯化铵，磷酸二氢钾，
出色的吸附能力，这使得沸石具有脱除水中氨氮的
AR，国药集团化学试剂有限公司；其他所用试剂
性能。天然沸石资源丰富，价廉易得，如果能利用
均为 AR，实验用水由 Millpore 纯水系统制造；沸
天然沸石脱除工业废水中的氨氮和磷，将具有非常
石为浙江省缙云县产天然沸石矿斜发沸石。
好的应用前景。然而，天然沸石中的阳离子除了交 S4 Explprer 型 X 射线荧光分析仪、D8 型 X 射
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换能力强的 Na 和 K 外，还有离子交换能力较弱的 线衍射仪，德国 Bruker 公司； XL30 型扫描电子显
2+
2+
Mg 和 Ca ，这导致其脱除氨氮的性能不够理想。
微镜，荷兰 Philips 公司；JEM-2100 F 型高分辨透射
2+
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2+
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通过 Na 改性，将 Mg 和 Ca 交换成 Na ，可以得 电镜，日本 JEOL 公司；IRIS Intrepid 型高频等离子
到去除氨氮性能较好的改性沸石 [6-15] 。
体-原子发射光谱仪，美国 Thermo Elemental 公司；
磷在水质中主要以阴离子形式存在，与带负电
SHZ-A 型水浴恒温振荡器，上海浦东物理光学仪器
荷的沸石骨架之间有静电排斥作用，因此，天然沸
厂；UV-3150 型紫外分光光度计，日本 Shimadzon
石对磷的吸附效果不佳。通过阳离子交换改性，无 公司。
法提高天然沸石吸附磷的能力，因此，需要引入对
1.2 方法
含磷阴离子具有特异吸附能力的其他元素。已有文 钠改性：称取 10.0 g 斜发沸石放入装有 200 mL
献报道，镧、铌、锆等元素对磷具有特异性吸附， 1.0 mol/L NaCl 的烧杯中，磁力搅拌下离子交换
它们的氢氧化物对磷有较好的吸附能力 [16-19] 。李 24 h。经去离子水洗涤后，于 105 ℃烘箱烘干，制
佳 [20] 等用氢氧化镧对天然沸石进行改性，考察了改 得钠改性沸石，标记为 Na/Zeolite。
性沸石吸附氨氮和磷的能力，但镧改性沸石吸附磷 锆改性：称取 2.0 g Na/Zeolite，放入盛有 60 mL
后再生性能不佳，限制了其应用范围。氢氧化锆是 含 0.706 g ZrOCl 2 ·8H 2 O 溶液的烧杯中，磁力搅拌
另一种对磷有特异性吸附能力的材料，且与镧相 2 h 后，滴加 1.0 mol/L NaOH 溶液，调节 pH 至 10
比，更为安全和环保，更为重要的是，其吸附磷 后，继续搅拌 24 h。沉淀经分离，洗涤后，于 105 ℃
后有一定的再生能力 [17,21] ，所以锆可能成为更加优 烘干，制得锆钠改性沸石，标记为 Zr-Na/Zeolite。