东北大学毕业设计（论文） 第3章 天然沸石改性剂研究试验
第3章 天然沸石改性剂研究试验
3.1 试验流程、材料、仪器装置
3.1.1 试验流程
本试验将先后进行单一药剂和组合药剂的研究试验，试验流程如图3.1所示。
改性剂1 改性剂2 天然沸石 恒温搅拌 洗涤过滤 恒温搅拌 吸附试验 改性沸石 烘干打散 洗涤过滤
图3.1 改性剂试验流程图
3.1.2 试验材料
试验原料是破碎分级后的内蒙古赤峰沸石，所用药剂均为化学分析纯，如表3.1所示。
3.1.3 试验仪器及装置
（1）试验所需仪器如表3.2所示。 （2）沸石改性装置如图3.2所示。
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表3.1 试验药剂
药剂各称 盐酸 硫酸 硝酸 草酸 氢氧化钠 氯化钠 氯化铵 碳酸钠 硝酸铅 硝酸锌 硝酸镍
分子式 HCl H2SO4 HNO3 C2H2O4 NaOH NaCl NH4Cl Na2CO3 Pb（NO3）2 Zn（NO3）2 Ni（NO3）2
规格 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯
表3.2 试验主要仪器设备
设备名称 电子天平 三用电热恒温水箱 恒温加热磁力搅拌机 IKA电动机械搅拌机 电热鼓风干燥箱 离心沉淀器 台式恒温振荡器
型号 JJ500 SHH.W2.420 78－1 RW20.n HG101 800 THZ－92B
生产厂家 美国双杰兄弟有限公司 北京市光明医疗仪器厂 金坛市大地电器有限公司
德国IKA独资 南京实验仪器厂 上海手术器械厂 上海跃进医疗器械厂
生产商
国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司
广东汕头西陇化工厂 天津科密欧化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 沈阳经济技术开发区试剂厂 天津科密欧化学试剂有限公司
沈阳新兴试剂厂 沈阳新兴试剂厂 沈阳新兴试剂厂
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1－恒温加热磁力搅拌器；2－沸石颗粒；3－磁性搅拌子；4－改性液；5－温度传感器；6－支架 图3.2 沸石改性试验装置图 （3）沸石吸附重金属离子试验装置如图3.3所示： 1－台式恒温振荡器；2－沸石颗粒；3－重金属溶液；4－振荡器；5－锥形瓶 图3.3 沸石吸附重金属离子试验装置图 3.2 单一药剂改性试验
3.2.1 改性试验方法
精确配制一定浓度的改性溶液100mL于150mL的烧杯中。先将改性溶液用恒温加热磁力搅拌器加热至所需温度后，加入一定粒级的天然沸石20.00g。在恒定的搅拌速度下恒温改性6小时。改性之后用蒸馏水过滤洗涤至滤液无改性剂离子。用鼓风干燥箱将滤饼在100℃下烘干，再用密封袋封装后置于干燥
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器中备用。
3.2.2 吸附试验方法
用化学分析纯Zn（NO3）2 、Ni（NO3）2 、Pb（NO3）2精确配制Zn2+、Ni2+、Pb2+浓度均为100mg/L的混合溶液做为模拟废液。量取100mL模拟废液置于150mL锥形瓶中，加入1g(改性)沸石。用台式恒温振荡器在固定振荡频率下振荡1h，吸附温度为20℃。吸附完毕后，用试管取10mL混浊液在离心机中离心10min，取上清液用电感耦合等离子光谱发生仪（ICP）测定溶液中残留重金属离子浓度。
3.2.3 结果表征
根据残留重金属离子浓度，可以计算出重金属离子的去除率，以此数值作为评价改性剂改性效果的指标。
去除率(%)=(Co-Ce)/Co3100% (3.1)
式3.1中，Co—吸附前重金属离子的初始浓度，mg/L;Ce—吸附后重金属离子的残留浓度，mg/L。
3.2.4 天然沸石吸附效果
称取各粒级的天然沸石样品1.00g，吸附100ml模拟废液。吸附温度为20℃，吸附时间为1h，然后测定重金属离子的残留浓度，计算去除率，结果如表3.3所示。
表3.3 天然沸石重金属离子去除率（%）
粒级（mm）
吸附离子
+2.000
Zn2+ Ni2+ Pb2+
3.60 5.07 21.98
2.000~1.000
3.97 6.00 31.44
1.000~0.500
3.11 6.22 45.69
0.500~0.074
3.90 6.85 58.85
0.074~0.050
3.94 7.08 68.55
由试验结果可知，天然沸石对三种重金属离子的吸附选择性不同，选择性
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大小序列为Pb2+ > Ni2+ >Zn2+。而且粒度越小，比表面积越大，比表面能越大，暴露出来的活性中心越多，其离子交换能力和吸附能力越强。
3.2.5 HCl改性及吸附效果
配制1mol/L的HCl溶液100mL，按照3.2.1的方法对各粒级的沸石样品进行改性。改性温度20℃，改性时间6h。改性完毕后在100℃下烘干1小时。称取改性后样品1.00g，吸附100ml模拟废液，吸附温度为20℃，吸附时间为1h，然后测定重金属离子的残留浓度，计算去除率，结果如表3.4所示。
表3.4 HCl改性后重金属离子去除率（%）
粒级（mm）
吸附离子 +2.000 Zn2+ Ni2+ Pb2+ 4.56 2.59 1.18 2.000~1.000 8.23 6.47 17.22 1.000~0.500 7.26 5.62 18.36 0.500~0.074 4.44 2.57 20.33 0.074~0.050 5.10 4.09 20.67 对比表3.4与表3.3的试验结果， HCl改性沸石对Zn2+的去除效果有所提高，对于Ni2+、Pb2+的去除效果反而下降，尤其是Pb2+的去除率明显下降。通常，无机酸对沸石的活化主要基于三种机理：其一，无机酸溶解了阻塞在沸石孔道中的一些杂质,从而使孔道疏通，便于重金属离子的进入。其二，半径较小的氢离子置换了孔道中原有的阳离子，如钾离子、钙离子、镁离子等, 拓宽了孔道的有效空间。其三，无机酸使沸石矿物的结晶构造发生一定程度的变化，增加了吸附活性中心。但是无机酸的改性能力依然有限，它难以除掉与沸石结合较牢固的吸附水和难以与酸发生反应的孔道杂质。而且改性后残留在孔道中的部分氢离子在吸附过程中也会与重金属离子发生竞争吸附，反而影响了重金属离子的交换。
3.2.6 NaOH改性及吸附效果
配制1mol/L的NaOH溶液100mL，按照3.2.1的方法对各粒级的沸石样品进行改性。改性温度20℃，改性时间6h。改性完毕后在100℃下烘干1小时。
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