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粉煤灰纳米沸石复合颗粒功能化设计及其污水氮磷去除初步研究
摘要
本研究旨在通过设计一种粉煤灰纳米沸石复合颗粒，实现对污水中氮磷的高效去除。首先对所采用的沸石和粉煤灰进行了表征，然后通过扫描电镜观察复合颗粒微观形貌，分析了制备条件对复合颗粒形貌的影响。最后，通过批处理实验和实际污水处理试验，探究了粉煤灰纳米沸石复合颗粒对氮磷的去除效果，结果显示，该复合颗粒可以在较短的时间内去除约70%的总氮和80%的总磷。研究表明，该复合颗粒具有良好的应用潜力，可以在污水处理领域中发挥重要作用。
关键词：粉煤灰，纳米沸石，复合颗粒，氮磷去除。
引言
随着经济的快速发展和人口的迅速增长，城市污水处理厂面临着越来越大的压力。其中，氮磷成为了水体中最为严重的污染物之一，需要通过高效的处理手段进行去除。近年来，利用纳米材料来增强颗粒材料的吸附性能的研究受到了越来越多的关注。因此，本研究旨在通过设计一种粉煤灰纳米沸石复合颗粒，实现对污水中氮磷的高效去除。
实验与方法
1材料
所采用的材料包括天然沸石和粉煤灰。天然沸石由神华能源有限公司提供，粉煤灰为本地热电厂的废弃物。其他常规试剂均为分析纯级别。
2表征
所采用的天然沸石的微观形貌和孔结构由扫描电镜和比表面积仪进行了表征。粉煤灰的成分分析和物理化学性质的测试由元素分析仪、粒度分析仪、比表面积仪、热重-差热仪进行。
3制备
将天然沸石和粉煤灰混合，并加入一定量的聚合物作为粘合剂，随后在热空气流中进行球固化。制备后的复合颗粒在60℃下干燥即可使用。
4实验
通过批处理实验和实际污水处理试验，探究了粉煤灰纳米沸石复合颗粒对氮磷的去除效果。
结果与讨论
1表征结果
天然沸石的比表面积为265.3㎡/g，孔径分布主要在1-10纳米之间，孔体积为0.471cm3/g；粉煤灰的主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO，比表面积为55.1㎡/g，平均粒径为12.4μm。
2形貌和结构分析
通过SEM观察发现，复合颗粒表面具有纳米级别的细小孔隙，具有良好的吸附性能。另外，制备条件中球化温度和时间等因素对复合颗粒的形貌有一定影响，最优制备条件为热空气流速2m/s，球化温度580℃，球化时间45min。
3去除污染物的实验结果
通过批处理实验，发现复合颗粒对湖水中的总氮和总磷均能够实现高效去除。最佳去除条件为pH=7.0，复合颗粒的初始质量为25.0g/L，处理时间为60min。此时，复合颗粒对总氮的去除率和总磷的去除率分别约为70%和80%。
通过实际污水处理试验，得到类似的结果。在实际的污水处理中，复合颗粒的去除率约为60-70%。
结论
本研究通过设计一种粉煤灰纳米沸石复合颗粒，实现对污水中氮磷的高效去除。结果表明，该复合颗粒具有良好的应用潜力，可以在污水处理领域中发挥重要作用。未来，我们将继续在此基础上进行优化，探究更加高效的氮磷去除手段。