沸石已被廣泛應用于水處理中,為進一步拓展其應用范圍,需對其應用機理進行深入探討,本文從吸附等溫、吸附動力學和吸附熱力學三個方面進行探討。
1、沸石吸附等溫特性
常見的吸附等溫理論模型有Langmuir模型和Freundlich模型。Langmuir模型,適用于化學吸附和低壓高溫時的物理吸附,Langmuir等溫模型的應用基于三個假設:
1.吸附分子間無作用力;
2.表面是均勻的,即吸附熱不隨吸附量而變化,每一個吸附點的能量不變;
3.吸附限制在單分子層。Freun.dlich模型是經驗式,適用于不均勻表面的吸附,吸附熱隨覆蓋度指數下降。這兩種模型在物理吸附和化學吸附中都有廣泛的應用。
通過實驗研究天然沸石對氨氮的吸附作用及其影響因素。結果表明,沸石對氨氮的等溫吸附可用Langmuir和Freundlich模型擬合,但沸石對氨氮的吸附特征更適于用Langmuir吸附模型。采用天然斜發沸石進行吸附溶液中NH4+的試驗研究發現,沸石對溶液中NH4+的吸附過程符合Freundlich模型。將實驗數據進行了Temkin等溫方程的擬合,取得了較好的擬合效果。
除上述兩參數等溫模型外,Redlich—Peter-son、Langmuir—Freundlich等三參數模型也被應用于沸石對氨氮吸附數據的處理,且普遍認為三參數模型比兩參數模型能更好地描述氨氮在沸石上的吸附過程。
2、沸石吸附動力學
常用于描述吸附過程的動力學模型有準一級反應動力學模型和準二級反應動力學模型。準一級動力學模型通常用于吸附開始階段的描述,不能用來準確地描述整個吸附過程,而準二級模型包含了吸附的全過程,如液膜擴散、表面吸附與內擴散,能更好地描述吸附反應的全過程。
采用靜態平衡法,進行了鎮江斜發沸石對水中氨氮的吸附動力學研究,結果表明,沸石對氨氮的吸附實驗數據與準二級動力學模型擬合更好。沸石吸附氨氮同時具有“快速吸附,緩慢平衡”的特點,在吸附反應初始階段,沸石對氨氮的吸附速率較大,吸附量上升很快;隨著吸附反應的不斷進行,吸附速率降低,吸附量上升幅度較小,逐漸達到吸附平衡。除上述兩種常用動力學模型采用Vermeulen吸附模型分析改性斜發沸石對水中氨氮的吸附行為時得出,吸附能很好地符合Vermeulen吸附模型,Powerfunction吸附動力學方程和Elovich吸附動力學方程也被成功應用于沸石對氨氮的吸附過程。
3、沸石吸附熱力學
采用靜態平衡法,進行了斜發沸石對水中氨氮的吸附熱力學研究,結果表明,該吸附反應的△H>0、△G<0、△S>0,沸石對氨氮的吸附為吸熱反應,吸熱后體系的混亂度增加。在研究溫度對天然沸石及改性沸石吸附NH4-N的影響時,發現該沸石吸附NH4+-N為吸熱反應,溫度升高有利于沸石吸附NH4+-N,但影響不明顯。