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第 9 期 胡佩雷，等: 改性 Zr-Na/Zeolite 双功能沸石脱除水溶液中氨氮和磷性能 ·1603·

1.3 吸附实验 的铵离子交换，从而达到脱除氨氮的目的。天然沸
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吸附用模拟水样用氯化铵和磷酸二氢钾与去离 石上的金属阳离子除了交换性能强的 K 和 Na 外，
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子水配制。吸附实验采用水浴方式在 100 mL 的聚乙 还有交换性能较弱的 Mg 和 Ca ，用 NaCl 改性将
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烯离心管内进行。在离心管内放入含一定浓度氨氮 沸石结构上的 Mg 和 Ca 置换为 Na ，可以提高天
或磷的溶液（50 mL），再加入一定量的吸附剂。然 然沸石的离子交换脱氨氮性能，而锆化合物的引入
后将离心管放入恒温水浴振荡器中，25 ℃下振荡 可以使天然沸石具有脱磷性能。天然沸石和改性沸
24 h（120 r/min）。 石的化学组成见表 1。从 Na/Zeolite 的组成可以看
1.4 再生实验 出，通过 NaCl 改性，沸石中的 Mg 全部被 Na 取
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被磷吸附过的吸附剂，通过离心的方式将吸附 代，Ca 也大部分被 Na 取代。Zr-Na/Zeolite 的组成
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剂与模拟水样分离开来。在 100 mL 聚乙烯管中，加 表明，通过进一步锆盐改性，质量分数达 12.4%的
入 50 mL 含有 1.0 mol/L 氯化钠和 0.1 mol/L 氢氧化 锆元素成功负载到了天然沸石上。
钠的混合溶液中，在 25 ℃下以 120 r/min 的振荡频
率脱附 6 h。脱附完成后，离心将吸附剂与再生溶液 表 1 沸石及改性沸石的 X 射线荧光分析结果
分离，并用去离子水洗涤吸附剂，洗净（用钼酸铵 Table 1 Chemical compositions of natural zeolite and
紫外分光光度法 [22] 在 700 nm下测定第 3 次洗涤液中 modified zeolites determined by XRF
质量分数/%
磷的质量浓度低于 0.01 mg/L 时，认为已经洗涤干
净）作为再生的吸附剂，重新进行吸附实验。 Na Mg Al Si K Ca Ti Mn Fe Zr
1.5 磷和氨氮检测方法 Zeolite 2.23 0.27 9.16 34.3 1.21 2.05 0.09 0.11 0.80 0
到达吸附平衡后，溶液经离心后用 0.45 μm 针 Na/Zeolite 4.87 0 8.47 34.0 1.54 0.75 0.10 0.11 0.73 0
Zr-Na/
筒过滤器分离开来。磷质量浓度用钼酸铵紫外分光 3.83 0 7.09 28.6 1.19 0.54 0 0.09 0.44 12.4
Zeolite
光度法在 700 nm 下测定 [22] ；氨氮质量浓度用水杨酸
紫外分光光度法在 697 nm 下测定 [23] 。本文中氨氮及 2.1.2 XRD 分析
磷浓度均以 N 和 P 的质量浓度计。 改性前天然沸石以及改性后沸石的 X 射线衍射
1.6 计算方法 图谱见图 1。从图 1 中可以看出，钠和锆的改性没
1.6.1 吸附量与去除率 有改变沸石的结构，它们的衍射峰基本保持不变。
氨氮与磷的吸附量（q）与去除率(R)分别由下 同时，也没有发现任何与氧化锆或氢氧化锆有关的
式进行计算。 峰出现，说明锆元素在改性沸石上高度分散。

q   /mg / g   0    V
m
  
R /%  0  100
 0
式中：ρ 0 为溶液中氨氮或磷的初始质量浓度（mg/L）；
ρ 为吸附后氨氮或磷的质量浓度（mg/L）；V 为水样
体积（mL）；m 为吸附剂投加量（g）。
1.6.2 锆流失率
在再生实验中利用 Zr-Na/Zeolite 吸附后，锆流
失率（D）按下式计算。
  V
D /%  Zr  100
mw   Zr 图 1 天然沸石及改性沸石的 X 射线衍射图
Fig. 1 XRD patterns of natural zeolite and modified
式中：ρ Zr 为吸附后溶液中锆的质量浓度（mg/L）；w
zeolites
（Zr）为 Zr-Na/Zeolite 中锆的质量分数（%）。
2.1.3 SEM 和 TEM 表征
2 结果与讨论
天然沸石改性前、后的 SEM 和 TEM 照片见图
2.1 改性沸石表征 2。可以看到，改性前、后的沸石均具有典型斜发沸
2.1.1 XRF 表征 石的片层状结构，说明钠和锆改性对天然沸石的结
沸石骨架上的金属阳离子可以和含氨氮溶液中 构没有显著影响，这个结论与 XRD 结果一致。