超聲波強(qiáng)化沸石分子篩離子交換吸附傳質(zhì)過(guò)程的研究.pdf

1、本課題主要是在前人研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)離子交換應(yīng)用過(guò)程中存在著諸如單位吸附量少、吸附效率較低等問(wèn)題，在充分考慮多孔吸附劑“孔道納米尺寸效應(yīng)”的基礎(chǔ)上，以沸石分子篩為離子交換劑，鈣離子為交換對(duì)象，超聲波為強(qiáng)化手段，進(jìn)一步深入研究了超聲波對(duì)離子交換吸附傳質(zhì)過(guò)程的強(qiáng)化。
　　靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，Langmuir方程的線性擬合形式不能恰當(dāng)?shù)孛枋鲡}離子在沸石分子篩上的吸附規(guī)律，采用 Redlich-Peterson吸附等溫方程式的曲線擬

2、合形式能對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行較好的描述，但這只能作為數(shù)據(jù)處理的一種方法，而不能完全解釋復(fù)雜體系中吸附反應(yīng)的機(jī)理；沸石分子篩的Na+—Ca2+離子交換過(guò)程的焓變大于零，為一吸熱反應(yīng)，證明了較高溫度有利于鈣離子的吸附；離子交換過(guò)程的吉布斯自由焓ΔG0m變化為負(fù)值，說(shuō)明吸附過(guò)程可自發(fā)進(jìn)行；活化能Ea為7.20 kJ·mol-1，說(shuō)明吸附過(guò)程容易進(jìn)行。
　　動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果表明，沸石分子篩對(duì)鈣離子的全交換容量可達(dá)78.65 mg/g。氯化鈣溶液為

3、50 mg/L時(shí)，沸石分子篩對(duì)鈣離子的動(dòng)力學(xué)交換過(guò)程主要由液膜擴(kuò)散控制；濃度為1200 mg/L時(shí)，交換過(guò)程主要為顆粒擴(kuò)散控制；當(dāng)Ca2+濃度為300 mg/L時(shí)，交換過(guò)程由液膜擴(kuò)散和顆粒擴(kuò)散聯(lián)合控制。施加超聲的結(jié)果使交換控制機(jī)理都轉(zhuǎn)化為顆粒擴(kuò)散控制。施加超聲可以提高吸附速率和吸附率，且吸附率隨超聲強(qiáng)度的增加而增大，而超聲頻率對(duì)吸附率影響不明顯。溫度平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，施加超聲引起的吸附量增加不僅與超聲“熱效應(yīng)”有關(guān)，而且與超聲的“非熱效

4、應(yīng)”有關(guān)。
　　X射線衍射和電鏡掃描結(jié)果表明，沸石分子篩樣品是純度較高的標(biāo)準(zhǔn)X型沸石；X射線衍射半定量分析結(jié)果可以定性地說(shuō)明沸石分子篩對(duì)鈣離子的吸附機(jī)理主要是離子交換吸附。
　　超聲波強(qiáng)化沸石分子篩離子交換吸附傳質(zhì)的機(jī)理主要?dú)w因于超聲空化伴隨的附加效應(yīng)使邊界層液膜變薄，為鈣離子提供能量克服“孔道納米尺寸效應(yīng)”，減小傳質(zhì)阻力；超聲可能使水合鈣離子的水化層變薄，易于擴(kuò)散到孔道中，這也可能是超聲強(qiáng)化吸附傳質(zhì)的原因。超聲強(qiáng)化離子交換